JP2018057486A - ラジオコントロールシステム - Google Patents

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【課題】被操縦体からのフィードバックの操舵位置のフィードバックを受けて送信機の操作位置を変化させること。【解決手段】被操縦体には受信機2と複数のサーボ25a〜25n、及びサーボの電流を検知する電流センサ27a,27bを設ける。電流センサからの出力をセンサアダプタ28,エンコーダ29を介して送信部23bより送信する。送信機側ではスティックの操作位置と操舵位置との差に基づいてマグネットクラッチの電流値を変化させる。こうすればサーボの消費電流に応じてスティックの抵抗を変化させることができ、ユーザの使用感を向上させることができる。【選択図】図3

Description

本発明はラジオコントロール用の送信機及び受信機を含むラジオコントロールシステムに関し、特にスティックレバーの操作感に特徴を有するラジオコントロールシステムに関するものである。
従来の模型のヘリコプターや飛行機等を遠隔操縦するためのラジオコントロール用送信機には、操作部として機能する通常2つのスティックレバーと、それらの補助的な操作部として機能するレバーやスイッチ等が配置されている。被操縦体が模型のヘリコプターや飛行機等の場合、一方のスティックレバーはエンジン又はモータの出力制御及びエルロン操作を行い、他方のスティックレバーはラダー及びエレベーター操作を行うことが多い。これらのスティックレバーは通常左右に配置されている。このようなスティックユニットは例えば特許文献1に示されている。
又特許文献2には被操縦体からのフィードバックを受けて送信機の操作感を変化させるようにしたラジオコントロールシステムが開示されている。この文献では被操縦体に設けられるサーボで消費する電流値を電源センサによって検知し、送信部によりフィードバックする。送信機側でスティックにマグネットブレーキを設けてその電流値を制御し、スティック操作の抵抗を変化させることで操作感を変化させるようにしたラジオコントロールシステムが提案されている。
実公平4−46800号公報 特開2016−096834号公報
しかしこのような従来の特許文献1のラジオコントロール用送信機では、スティックレバーを操作したときの抵抗感は送信機のスティックユニットのばねによって定まっており、被操縦体の状態は何ら反映されないため、実際に被操縦体を操縦しているという操作感は低いものとなっていた。
又特許文献2のラジオコントロールシステムでは、被操縦体から得られる電流信号によって送信機側のスティックの抵抗値を変化させることができるが、スティックの操作をある角度に操作した場合、元のニュートラル位置に復帰させるためにスティック機構にはばねが必要であり、ばねを省略することはできなかった。従ってスティックの抵抗値はばねに付加するだけに留まっているという問題点があった。
本発明は実際の飛行中の機体や走行中の車両に取付けられている可動翼や車輪に加わる抵抗をそのまま送信機の操舵部の操作感に反映し、ばねを省略できるようにしたラジオコントロールシステムを提供することを目的とする。
この課題を解決するために、本発明のラジオコントロールシステムは、操作信号のデータを送信する送信機と、被操縦体に搭載され、前記送信機からの信号を受信する受信機と、被操縦体に搭載され、前記被操縦体の操作部を操作する少なくとも1つのサーボと、を有するラジオコントロールシステムにおいて、前記受信機は、前記サーボの駆動電流を検知する電流センサと、前記電流センサからの信号をエンコードするエンコーダと、前記エンコーダからの信号を周期的に送信する送信部と、を有するものであり、前記送信機は、操舵部と、前記操舵部に連結され、基準位置信号と前記操舵部の操作によって変化する位置信号とを出力するポジションセンサと、前記ポジションセンサからの位置信号をエンコードするエンコーダと、前記エンコーダからの出力を送信部を介して送信する送信部と、前記受信機より得られる信号を受信する受信部と、前記受信部で受信された信号を各チャンネルの信号にデコードするデータデコーダと、前記操舵部の回転軸に連結され、コイルへの通電電流に応じて回転抵抗を変化させるマグネットクラッチ、前記マグネットクラッチを回転させるモータ、及びポジションセンサの基準位置信号と前記操舵部に対応した位置信号の差を比較して前記モータの回転方向を制御するコンパレータを有し、前記サーボの電流に対応する信号を前記マグネットクラッチに電流値として帰還するフィードバック部と、を有するものである。
ここで前記ポジションセンサは、ポテンショメータとしてもよい。
ここで前記送信機の操舵部は、左右一対のスティックであり、前記受信機の電流センサは、前記送信機のマグネットクラッチが取付けられたチャンネルに対応するサーボの電流を検出するものであり、前記送信機のデータデコーダは、前記サーボの電流に対応する信号を前記対応するチャンネルのマグネットクラッチに帰還するものとしてもよい。
ここで前記送信機の操舵部は、ホイール型の操舵部であり、前記受信機の電流センサは、前記送信機のマグネットクラッチが取付けられたチャンネルに対応するサーボの電流を検出するものであり、前記送信機のデータデコーダは、前記サーボの電流に対応する信号を前記対応するチャンネルのマグネットクラッチに帰還するものとしてもよい。
ここで前記マグネットクラッチは、ケースと、前記ケース内で前記ブリッジの回転軸に連結された回転円板と、前記ケース内に収納されたコイルと、前記ケース内で前記回転円板の周囲に封入された磁気粘性流体と、を有するものとしてもよい。
このような特徴を有する本発明によれば、ラジオコントロール用の被制御体の可動翼や操舵輪が飛行や走行中に受ける抵抗を受信機から送信機にフィードバックをすることで、そのまま送信機の操舵部の抵抗値とすることができる。従って送信機の操舵部の操作感を向上させることができるという効果が得られる。
図1は本発明の実施の形態によるラジオコントロール用送信機の正面図である。 図2は本発明の実施の形態による送信機のブロック図である。 図3は本発明の実施の形態による受信機のブロック図である。 図4は本発明の実施の形態による送信機のスティックユニットとフィードバック部の詳細を示すブロック図である。 図5は本発明の実施の形態による送信機のフィードバック部の概略図である。 図6は本発明の実施の形態による送信機のフィードバック部の組立構成図である。 図7は本実施の形態に用いられるマグネットクラッチの斜視図である。 図8は本実施の形態に用いられるマグネットクラッチの断面図である。 図9は本実施の形態によるマグネットクラッチの組立構成図である。 図10は本実施の形態によるラジオコントロールシステムの動作を示すタイムチャートである。 図11は本実施の形態によるラジオコントロールシステムのサーボモータ電流とマグネットクラッチに供給する電流値を示すタイムチャートである。 図12は本発明の他の実施の形態によるラジオコントロールシステムのホイール型操舵部によるフィードバック部の概略図である。
本発明のラジオコントロールシステムは双方向通信、いわゆるテレメトリー機能を有するシステムである。図1は本発明の実施の形態のラジオコントロール用送信機の正面図であり、図2は送信機、図3は受信機のブロック図である。これらの図に示すように、ラジオコントロール用送信機1は図3に示す受信機2との間で信号を送受信するものである。送信機1の上部にはアンテナ3が設けられ、正面右側は操舵部であるスティック4aを有するスティックユニット4、左側には操舵部であるスティック5aを有するスティックユニット5が設けられている。
図2に示すように送信機1においてはスティックユニット4やスティックユニット5、及び補助的な操作をするためのレバーに接続された複数のポテンショメータ及びスイッチ類からの信号がエンコーダ部11に与えられる。エンコーダ部11はこれらの信号をデジタル値に変換してエンコードし、RF部12の送信部12aに出力するものである。送信部12aは周期的に送信信号を切換部13を介してアンテナ3より出力する。又周期的にアンテナ3から得られる信号は切換部13を介してRF部12の受信部12bに与えられる。受信部12bによって受信された信号はデータデコーダ14に出力される。データデコーダ14は受信器2より得られる信号をデコードし、表示部15及びビープ発生器16に出力すると共に、後述する各チャンネルのフィードバック部(FB部)6,7に信号を出力するものである。フィードバック部6,7は各スティックの操作抵抗をフィードバック制御するものであり、詳細については後述する。
図3は被操縦体に搭載される受信機2及びその周辺ブロックの構成を示すブロック図である。本図に示すようにアンテナ21から得られた信号は切換部22を介してRF部23の受信部23aに与えられる。受信部23aでは周期的に信号を受信し、その出力信号をデコーダ24に出力する。デコーダ24は操作用データ信号をデコードして、受信機外の複数のサーボ25a,25b・・・26nやスピードコントローラ26に出力する。これにより送信機1からの信号に基づいてサーボやスピードコントローラを作動させることができる。
更に本実施の形態では、複数のサーボ25a,25bのサーボ電流を夫々検出する電流センサ27a,27bを設けている。電流センサ27a,27bはサーボ25a,25bの消費電流を検知し、センサアダプタ28に出力する。センサアダプタ28は電流センサ27a,27bの出力をデジタル信号に変換するインターフェイスであり、その出力はエンコーダ29を介してRF部23の送信部23bに出力される。送信部23bでは切換部22を介してアンテナ21より周期的に信号を出力する。センサが高速応答性を要求されない場合には、各センサからの出力を複数回を積算し、その平均値をエンコーダより出力するようにしてもよい。
次に送信機1に設けられている各チャンネルのスティックと、スティック抵抗を決定するフィードバック部6,7について図4を用いて説明する。これらのフィードバック部はいずれもほぼ同様の構造である。まずスティックユニット4のスティック4a及びこれに連結されるフィードバック部6は、図4に示すようにまずスティック4aに連動するポテンショメータVR11と基準値設定用のポテンショメータVR12を有しており、夫々独立して抵抗値を設定することができる。ポテンショメータVR11の出力はエンコーダ部11に加えてコンパレータ6aに入力されており、ポテンショメータVR12の出力は基準値としてフィードバック部6のコンパレータ6aに入力される。コンパレータ6aはこれらの2つの入力を比較することによって0、正又は負を出力し、モータ6bをいずれか一方の方向に回転させるものである。このコンパレータ6aはヒステリシスを有しており、2つの入力がほぼ同一であればモータ6bは停止し、コンパレータ6aの出力が正又は負であればそれに応じてモータがCW方向又はCCW方向に回転する。そしてモータ6bの出力はマグネットクラッチ(MC)6cに入力される。マグネットクラッチ6cには電流制御部(CC)6dが接続されており、マグネットクラッチ6cに流れる電流値を制御している。フィードバック部6はスティック4aに連結されているポテンショメータVR11の位置信号とポテンショメータの設定された基準位置信号の差を検出し、マグネットクラッチ6cに電流値として供給するために設けられている。マグネットクラッチ6cはスティック4aを±x軸方向に回動させる際の回転抵抗を電気的に変化させることにより、±x軸方向に操作したときの抵抗感を設定するために取付けられている。
他方のスティックユニット5とフィードバック部7もこれと同様の構成であるので、詳細な説明を省略する。マグネットクラッチ7cはスティック5aを±y軸方向に回動させる際の回転抵抗を電気的に変化させることにより、±y軸方向に操作したときの抵抗感を設定するために取付けられている。
図5はモータ6b,マグネットクラッチ6c及びポテンショメータとスティックとを一体化した構成を示す斜視図であり、図6はその組立構成図である。これらの図に示すようにフレーム31に大きな窪みを有しており、その一端にはモータを保持するためのモータ保持部31a、この反体側に一対の突出した突起部31b,31cが設けられる。そしてフレーム31のモータ保持部31aにモータ6bが埋め込まれており、その軸に減速用のギアボックス32が連結される。フレーム31の空隙内には円柱形のマグネットクラッチ6cが設けられており、このマグネットクラッチ6cの中心軸にリンクホルダ33,ポテンションホルダ34が図示のように取付けられる。ポテンションホルダ34はフレームの右側に突出した一対の突起部31b,31bに取付けられた平板状の部材であり、その中央部分にはポテンショメータVR11が取付けられる。又リンクホルダ33はフレームの一対の突起部31b,31bとポテンションホルダ34で挟まれる空隙内に図5に示すように回転自在に保持されており、その外側には円柱形のホイール35が設けられ、そのホイール35の一端にスティック4aが取付けられる。リンクホルダ33はスティック4aを操作することで回動するホイール35の回転力をポテンショメータVR11とマグネットクラッチ6cに伝えるものである。又フレーム31には上部よりベアリングストッパ36,37がねじによって固定されており、ベアリングを保持している。
次にマグネットクラッチ6c,7cは同一の構造であるので、マグネットクラッチ6cについて以下に説明する。マグネットクラッチ6cは図7に斜視図、図8に断面図、図9に組立構成図を示すように、薄い円柱状の部材であって、上部ケース51と下部ケース52から成るケース内に円板53と環状コイル54とが取付けられたものである。下部ケース52の中央には内側に円板状の薄厚の突起52aが設けられ、その中央には回転軸55を保持する円形窪み52bが形成されている。又下部ケース52の突起52aの一部には、裏面にまで貫通する貫通孔52cが設けられる。次に上部ケース51の内面には環状の窪み51aが形成されている。この窪み51aは円板53の上部に設けられる環状コイル54を保持するものである。そして円板53と上部ケース51との間、及び円板53と下部ケース52との間には、例えば80μm程度のわずかの隙間が形成されており、その間には磁気粘性流体56が封入されている。そして図7に示すように回転軸55を下部ケース52の窪み52bに挿入し、回転軸55に円板53の中央の開口を貫通させて連結し、上部ケース52の上部開口より突出させる。このとき封入した余分の磁気粘性流体56は下部ケース52の貫通孔52cより噴出させてねじによって封止する。又図8に示すように下部ケース52に連結する軸57が設けられている。
ここで用いられている磁気粘性流体56は例えば特開2012−202429号に示されるように、ナノサイズの磁性粒子を分散媒体に分散させた液体である。磁性粒子は磁化可能な金属粒子(金属ナノ粒子)、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金であり、その平均粒子径は20〜500nmであることが望ましい。分散媒体は、例えば疎水性のシリコーンオイルが用いられる。そして磁気粘性流体56に磁場を加えたり、磁場を停止することによって、磁気粘性流体56の粘性を急激に変化させることができる。
ここで用いられている環状コイル54に通電しなければ磁場が生じないため粘性はなく、円板53はほとんど抵抗なく自由に回転することができる。そして環状コイル54に電流を流すと磁気粘性流体56の粘性が大きくなり、円板53の回転抵抗を急激に大きくすることができる。
ここではスティック4aが接続されたホイールの回転軸にマグネットクラッチ6cを連結し、スティック4aによって操作されるサーボ25aの電流値を電流センサ27aで検出している。この電流を送信機1にフィードバックし、マグネットクラッチ6cのコイルへの通電電流を制御することによって、スティック4aを±x軸方向に操作したときの感触を任意に変化させることができる。又スティック5aが接続されたホイールの回転軸にマグネットクラッチ7cを連結し、スティック5aによって操作されるサーボ25bの電流は電流センサ27bによって検出している。この電流を送信機1にフィードバックし、マグネットクラッチ7cのコイルへの通電電流を制御することによって、スティック5aを±y軸方向に操作したときの感触を任意に変化させることができる。このように本実施の形態では、各スティックの操作方向のチャンネルと受信機に接続されるサーボの電流センサから帰還されて電流値が制御されるマグネットクラッチとのチャンネルを対応させている。
次に本実施の形態によるラジオコントロールシステムの動作について説明する。まず2つのスティックユニット4及び5を用いて被操縦体を操作すると、図10(a)に示すように送信機1より各スティックのポテンショメータからの信号はデコーダ部11を介して送信部12aに出力され、切換部13を介して周期的にアンテナ3より出力される。そしてこの送信の合間には受信機2側から各種センサの信号がセンサアダプタ28,エンコーダ29を介して送信される。図10(b)は受信機2からの帰還信号をタイミングを示している。続けて送信機1のスティックやスイッチを操作すると、スティックやスイッチ等の信号は順次図10(a)に示すように送信機1からの信号として一定のタイミングで周期的に受信機2に送信される。この信号に基づいて各種サーボ25a,25bやスピードコントローラ26が動作し、被操縦体をコントロールすることができる。
さて被操縦体を飛行や走行させている間に各サーボの負荷が大気や地面からの影響によって変化する。例えばスティックユニット4のスティック4aを操作すると、スティック4aに接続される2つのポテンショメータVR11,VR12の抵抗値が異なるため、コンパレータ6aに加わる入力の差が大きくなる。従ってコンパレータが正(又は負)の出力をモータ6bに与え、これによってモータ6bをスティック4aの操作方向とは逆の方向に回転させることができる。モータ6bの回転力はマグネットクラッチ6cを介してスティック4aに加わり、スティック4aの操作の抵抗となる。このときマグネットクラッチ6cの電流値は電流コントローラ6dによって決定される。
一方被操縦体のサーボ25aが動作するとそのモータ電流が増加する。この電流は電流センサ27aによって検知され、センサアダプタ28、エンコーダ29を介してコード化され、図10(b)に示すように送信部23bを介して送信機1に送られる。送信機1では受信部12bでこの信号を受信し、データデコーダ14でデータを各チャンネルに分離する。そしてスティックユニット4のスティック4aに連結されているマグネットクラッチ6cに通電する電流を上昇させる。例えばマグネットクラッチ6cに印加する電圧を2.5V、電流を230mAとすると、発生磁場は約500mTとなり、スティック4aの回転抵抗を大きくできるため抵抗感が大きくなる。
図11はこのようなサーボ電流とマグネットクラッチへの供給する電流の変化の一例を示すグラフである。図11(a)に示すようにサーボ25aの時刻t1での無負荷時の電流をc1とし、最大の電流をc2とする。スティック4aの操作によってこの電流は図示のように変化する。ここでは定常値の電流値c1を減じた図11(b)に示す電流値を送信機1側に帰還する。マグネットクラッチ6cに供給する電流は定常値をc3とし、これに帰還した電流に相当する変化量を加えたものとし、最大値をc4とする。これによってスティック4aの抵抗値を変化させることができる。尚図11(c)の定常的な電流c3はスティック4aをセンターに復帰させるために加えるオフセット電流値である。このようにマグネットクラッチ6cの環状コイル54に通電する電流値を大きくすれば、スティック操作の際の回転抵抗が増加する。従って被操縦体に実際にかかっている負荷をユーザが感知しつつ操作することができる。ある一定角度でスティック4aを止めてもモータ6bは回転しているため、スティック4aから手を離すとスティック4aは元の位置に復帰する。従って従来のスティックを元の位置に復帰させるために必須であったばねを完全にフィードバック部6で置き換えることができる。
スティックユニット5のスティック5aを操作した直後には、被操縦体にかかる負荷が大きくなり、サーボ25bのモータ電流が増加したとする。この電流は電流センサ27bによって検知され、センサアダプタ28、エンコーダ29を介してコード化され、送信部23bを介して送信機1にフィードバックされる。そしてスティックユニット5のスティック5aに連結されているマグネットクラッチ7cに通電する電流を上昇させる。従ってスティック5aの回転抵抗が増加する。そのため被操縦体に実際にかかっている負荷をユーザが感知しつつ操作することができる。
尚この実施の形態では、夫々x軸方向とy軸方向に回動する2つのスティックユニットを持つ送信機について説明しているが、本発明は夫々x軸方向、y軸方向に回動することができる2つのスティックで4チャンネル分の操作をする送信機についても適用できることはいうまでもない。この場合には4チャンネル分のフィードバック部を搭載すれば足りる。
又この実施の形態では、図1に示すように送信機の左右に一対のスティックで2チャンネル分の操作を行うラジオコントロール用送信機を用いたシステムについて説明しているが、本発明は自動車やボート等を操縦する際に用いられるホイール型ラジオコントロール送信機を用いたラジオコントロールシステムに適用することができる。図12はこのようなホイール型の操舵部を有する操作ユニットの概略図であり、図5と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この例ではホイール38を直接操作できるようにし、スティックを省略したものである。この場合には送信機のラダーの操作を行うホイールにマグネットクラッチを連結しておき、被操縦体のラダーサーボに電流センサを設けておく。そして自動車の操舵輪やボートのラダーにかかる負荷を電流値としてフィードバックし、これに基づいてマグネットクラッチに通電する電流値を制御する。こうすることによって、ラダーに実際にかかっている負荷をユーザが感知しつつ操作することができる。
又この実施の形態では、ポテンショメータを用いてスティックやホイールのポジションを検出するようにしているが、ポテンショメータに限らずスティックの位置を検出できるポジションセンサであれば足りる。この他、この実施の形態では磁気粘性流体を内蔵したマグネットクラッチを用いてスティックの回転抵抗を変化させているが、磁気粘性流体の有無に関わらず回転抵抗を変化させることができるマグネットクラッチであれば足りる。
本発明はラジオコントロール用システムについて、被操縦体からのフィードバックによってスティック操作の抵抗感を変化させることができ、これらの用途に好適に用いることができる。
1 ラジオコントロール用送信機
2 受信機
3 アンテナ
4,5 スティックユニット
4a,5a スティック
6,7 フィードバック部
6a,7a コンパレータ
6b,7b モータ
6c,7c マグネットクラッチ
6d,7d 電流コントローラ
11 エンコーダ部
12,23 RF部
13,22 切換部
14 データデコーダ
15 表示部
16 ビープ発生器
21 アンテナ
24 デコーダ
25a〜25n サーボ
26 スピードコントローラ
27a,27b 電流センサ
28 センサアダプタ
29 エンコーダ
51 上部ケース
52 下部ケース
53 円板
54 コイル
55,57 回転軸
56 磁気粘性流体

Claims (5)

  1. 操作信号のデータを送信する送信機と、
    被操縦体に搭載され、前記送信機からの信号を受信する受信機と、
    被操縦体に搭載され、前記被操縦体の操作部を操作する少なくとも1つのサーボと、を有するラジオコントロールシステムにおいて、
    前記受信機は、
    前記サーボの駆動電流を検知する電流センサと、
    前記電流センサからの信号をエンコードするエンコーダと、
    前記エンコーダからの信号を周期的に送信する送信部と、を有するものであり、
    前記送信機は、
    操舵部と、
    前記操舵部に連結され、基準位置信号と前記操舵部の操作によって変化する位置信号とを出力するポジションセンサと、
    前記ポジションセンサからの位置信号をエンコードするエンコーダと、
    前記エンコーダからの出力を送信部を介して送信する送信部と、
    前記受信機より得られる信号を受信する受信部と、
    前記受信部で受信された信号を各チャンネルの信号にデコードするデータデコーダと、
    前記操舵部の回転軸に連結され、コイルへの通電電流に応じて回転抵抗を変化させるマグネットクラッチ、前記マグネットクラッチを回転させるモータ、及びポジションセンサの基準位置信号と前記操舵部に対応した位置信号の差を比較して前記モータの回転方向を制御するコンパレータを有し、前記サーボの電流に対応する信号を前記マグネットクラッチに電流値として帰還するフィードバック部と、を有するものであるラジオコントロールシステム。
  2. 前記ポジションセンサは、ポテンショメータである請求項1記載のラジオコントロールシステム。
  3. 前記送信機の操舵部は、
    左右一対のスティックであり、
    前記受信機の電流センサは、前記送信機のマグネットクラッチが取付けられたチャンネルに対応するサーボの電流を検出するものであり、
    前記送信機のデータデコーダは、前記サーボの電流に対応する信号を前記対応するチャンネルのマグネットクラッチに帰還するものである請求項1記載のラジオコントロールシステム。
  4. 前記送信機の操舵部は、
    ホイール型の操舵部であり、
    前記受信機の電流センサは、前記送信機のマグネットクラッチが取付けられたチャンネルに対応するサーボの電流を検出するものであり、
    前記送信機のデータデコーダは、前記サーボの電流に対応する信号を前記対応するチャンネルのマグネットクラッチに帰還するものである請求項1記載のラジオコントロールシステム。
  5. 前記マグネットクラッチは、
    ケースと、
    前記ケース内で前記ブリッジの回転軸に連結された回転円板と、
    前記ケース内に収納されたコイルと、
    前記ケース内で前記回転円板の周囲に封入された磁気粘性流体と、を有するものである請求項1〜4のいずれか1項記載のラジオコントロールシステム。
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