JP2021167909A

JP2021167909A - 重力加速度模擬システム

Info

Publication number: JP2021167909A
Application number: JP2020071335A
Authority: JP
Inventors: 健輔針本; Kensuke Harimoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2021-10-21

Abstract

【課題】重力加速度模擬システムにおいて、装置の小型化を図ると共に周辺装置への影響を抑制することで制御精度の向上を図る。【解決手段】被験者に装着可能であると共に被験者の作動部位に対して加速度を付与可能な加速度付与装置と、予め設定された運転加速度データに基づいて加速度付与装置を作動制御する制御装置とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、重力加速度模擬システムに関するものである。

航空機などの操縦訓練などを実施するときに、航空機などの飛行状態を模擬する装置としてフライトシミュレータが用いられる。従来のフライトシミュレータとしては、例えば、油圧装置により操縦室を上下方向、左右方向、前後方向に移動動させることで、操縦者に対して加速度を作用させるものがある。また、旋回装置により操縦室を旋回させることで、操縦者に対して遠心力を作用させるものがある。

このような従来のフライトシミュレータは、油圧装置や旋回装置などの大掛かりな設備が必要となる。そのため、フライトシミュレータを設置するための広い設置場所が必要となる。また、フライトシミュレータの製造やメンテナンスを行うための設備コストが増大してしまう。このような課題を解決する技術として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開平７−４４０８８号公報

上述した特許文献１に記載された模擬加速度体感装置は、操縦者に磁気に反応する着衣部を着用させ、操縦者の周辺に設置された磁力発生部から磁力を発生させ、着衣部を磁力発生部に吸引することで操縦者に模擬加速度を体感させるものである。ところが、模擬加速度体感装置が設置される操縦席は、数多くの電子機器が配置されており、磁力発生部から発生される磁力が電子機器に悪影響を与えてしまうという課題がある。

本開示は、上述した課題を解決するものであり、装置の小型化を図ると共に周辺装置への影響を抑制することで制御精度の向上を図る重力加速度模擬システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本開示の重力加速度模擬システムは、被験者に装着可能であると共に前記被験者の作動部位に対して加速度を付与可能な加速度付与装置と、予め設定された運転加速度データに基づいて前記加速度付与装置を作動制御する制御装置と、を備える。

本開示の重力加速度模擬システムによれば、装置の小型化を図ることができると共に、周辺装置への影響を抑制することで制御精度の向上を図ることができる。

図１は、本実施形態の重力加速度模擬システムを表す概略構成図である。図２は、操縦者への加速度付与装置の装着状態を表す平面図である。図３は、操縦者への加速度付与装置の装着状態を表す側面図である。図４は、重力加速度模擬システムの作動を表すフローチャートである。

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

［重力加速度模擬システムの構成］
図１は、本実施形態の重力加速度模擬システムを表す概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態の重力加速度模擬システム１０は、複数の加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５と、制御装置２１と、操作装置（入力部）２２と、表示装置２３と、データベース２４と、位置検出装置２５とを備える。

加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５は、被験者に装着可能である。加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５は、被験者の作動部位に対して加速度を付与することができる。加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５は、被験者の関節に対する一方側の作動部位に装着され、他方側の作動部位に対して加速度を付与する。加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５は、被験者に対して複数装着可能であり、複数の加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５は、互いに連結された状態で被験者に装着可能である。すなわち、加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５は、図示しないが、人体の形状にあった衣服状の部材（着衣）に装着されて構成され、被験者は、この着衣を装着することで加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５が装着される。そして、加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５は、例えば、アクチュエータを適用する。

制御装置２１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体などから構成される。各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体などに記憶され、プログラムをＣＰＵがＲＡＭなどに読み出して、情報の加工や演算処理を実行することで、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線または無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリなどである。

制御装置２１は、予め設定された運転模擬プログラム（運転加速度データ）に基づいて加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５を作動制御する。制御装置２１は、被験者に装着された加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５は、を作動制御することで、航空機の操縦者や搭乗者などに対して作用する航空機の機体姿勢の変化による重力変化を被験者に対して模擬的に体感させることができる。

操作装置２２は、制御装置２１に対して各種のデータを入力可能である。例えば、操作者や被験者は、操作装置２２を用いて被験者の情報として、年齢、性別、身長、体重、座高、腕や足の長さなどを入力することができる。表示装置２３は、操作装置２２により制御装置２１に入力された被験者の各種のデータ、運転模擬プログラム、運転模擬結果などを表示可能である。

データベース２４は、制御装置２１に接続される。データベース２４は、運転模擬プログラムが記憶される。データベース２４は、異なる運転状態に応じた複数の運転模擬プログラムが記憶される。制御装置２１は、データベース２４に記憶された複数の運転模擬プログラムから所定の運転模擬プログラムを選択し、加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５を作動制御可能である。なお、運転模擬プログラムは、航空機における機体運動のシミュレーションを行う機体運動計算装置が算出したデータとすることが好ましい。すなわち、運転模擬プログラムは、航空機の飛行時に、航空機の機体の運動に応じて操縦者や搭乗者などに作用する重力および重力変化のシミュレーションプログラムである。

また、制御装置２１は、操作装置２２から入力された被験者の情報に基づいて運転模擬プログラムを変更可能である。すなわち、制御装置２１は、被験者の情報、つまり、被験者の体格などに応じて運転模擬プログラムを変更し、被験者に対して加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５が適切な加速度を付与できるようにする。

位置検出装置２５は、被験者における作動部位の位置を検出し、制御装置２１に出力する。制御装置２１は、位置検出装置２５の検出結果に基づいて加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５を作動制御可能である。位置検出装置２５は、モーションキャプチャ装置を適用することが好ましい。モーションキャプチャ装置としては、図示しないが、複数のカメラが被験者を撮影する光学式、被験者に装着されるジャイロセンサや加速度センサなどの機械式などが好ましいが、その他、慣性センサ式、磁気式、ビデオ式などであってもよい。

図２は、操縦者への加速度付与装置の装着状態を表す平面図、図３は、操縦者への加速度付与装置の装着状態を表す側面図である。

図２および図３に示すように、被験者１００は、胴体１０１に対して、左右の肩関節を介して左右の上腕１０２（１０２Ｌ，１０２Ｒ）があり、左右の肘関節を介して左右の前腕１０３（１０３Ｌ，１０３Ｒ）がある。また、被験者１００は、胴体１０１に対して、腰関節を介して下肢１０４があり、下肢１０４に対して、左右の股関節を介して左右の大腿１０５（１０５Ｌ，１０５Ｒ）があり、左右の膝関節を介して左右の下腿１０６（１０６Ｌ，１０６Ｒ）がある。また、被験者１００は、コックピットのシート３１に座り、左右の手で操縦桿３２を把持する。

加速度付与装置１１（１１Ｌ，１１Ｒ）は、被験者の左右の肩関節の胴体１０１側に装着され、左右の上腕１０２（１０２Ｌ，１０２Ｒ）側に加速度を付与する。この場合、加速度付与装置１１（１１Ｌ，１１Ｒ）は、３個のアクチュエータから構成され、被験者１００の左右の上腕１０２（１０２Ｌ，１０２Ｒ）に対して前後方向、上下方向、水平回転方向の加速度を付与する。加速度付与装置１２（１２Ｌ，１２Ｒ）は、被験者の左右の肘関節の左右の上腕１０２（１０２Ｌ，１０２Ｒ）側に装着され、左右の前腕１０３（１０３Ｌ，１０３Ｒ）側に加速度を付与する。この場合、加速度付与装置１２（１２Ｌ，１２Ｒ）は、１個のアクチュエータから構成され、被験者１００の左右の前腕１０３（１０３Ｌ，１０３Ｒ）に対して前後方向の加速度を付与する。

加速度付与装置１３は、被験者の腰関節の下肢１０４側に装着され、胴体１０１側に加速度を付与する。この場合、加速度付与装置１３は、２個のアクチュエータから構成され、被験者１００の胴体１０１に対して左右方向、水平回転方向の加速度を付与する。加速度付与装置１４（１４Ｌ，１４Ｒ）は、被験者の左右の股関節の下肢１０４側に装着され、左右の大腿１０５（１０５Ｌ，１０５Ｒ）側に加速度を付与する。この場合、加速度付与装置１４（１４Ｌ，１４Ｒ）は、３個のアクチュエータから構成され、被験者１００の左右の大腿１０５（１０５Ｌ，１０５Ｒ）に対して前後方向、上下方向、水平回転方向の加速度を付与する。加速度付与装置１５（１５Ｌ，１５Ｒ）は、被験者の左右の膝関節の左右の大腿１０５（１０５Ｌ，１０５Ｒ）側に装着され、左右の下腿１０６（１０６Ｌ，１０６Ｒ）側に加速度を付与する。この場合、加速度付与装置１５（１５Ｌ，１５Ｒ）は、１個のアクチュエータから構成され、被験者１００の左右の下腿１０６（１０６Ｌ，１０６Ｒ）に対して前後方向の加速度を付与する。

［重力加速度模擬システムの作動］
図４は、重力加速度模擬システムの作動を表すフローチャートである。

図１および図４に示すように、本実施形態の重力加速度模擬システム１０において、まず、図示しない機体運動計算装置は、航空機の運転時に、航空機の機体の運動に応じて、航空機の操縦者や搭乗者などに作用する重力変化をシミュレーションする処理を行う。制御装置２１は、機体運動計算装置から送信される複数の運転模擬プログラムを受信し、データベース２４に格納しておく。また、被験者は、加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５のうち、必要な加速度付与装置を各関節に装着する。ここで、必要な加速度付与装置とは、被験者が体験する模擬レベル（戦闘機用、航空機用、娯楽用）に応じて加速度付与装置の数を増減させるものである。例えば、上半身だけの加速度付与装置１１，１２，１３を装着したり、下半身の加速度付与装置１３，１４，１５だけを装着したりしてもよい。

ステップＳ１１にて、操作者（被験者）は、操作装置２２を用いて自分の情報を制御装置２１に入力する。ステップＳ１２にて、制御装置２１は、操作装置２２から入力された操作者の情報に基づいて、操作者に応じた運動情報を生成する。ステップＳ１３にて、制御装置２１は、操作者に応じた運動情報に基づいて、データベース２４に記憶された複数の運転模擬プログラムから該当する運転模擬プログラムを選択し、必要があれば、操作者の体格などに応じて運転模擬プログラムを変更する。

ステップＳ１４にて、制御装置２１は、運転模擬プログラムに基づいて操作者が装着した加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５の各アクチュエータを作動制御する。このとき、表示装置２３に航空機の前方視界の映像を表示しながら、操作者における各作動部位に対して加速度を付与する。ステップＳ１５にて、位置検出装置２５は、操作者における作動部位の位置を検出し、ステップＳ１６にて、制御装置２１に出力する。制御装置２１は、位置検出装置２５の検出結果に基づいて加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５を作動制御可能である。すなわち、制御装置２１は、加速度を付与した後の操作者の作動部位の位置をフィードバックし、運転模擬プログラムに対する誤差が減少するように加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５をフィードバック制御する。

ステップＳ１７にて、運転模擬プログラムを継続するかどうかを判定する。制御装置２１は、運転模擬プログラムが終了していないとき、継続（Ｙｅｓ）の判定し、ステップＳ１４に戻って処理を続ける。一方、制御装置２１は、運転模擬プログラムの処理が終了したとき、または、操作者による操作装置２２の操作から強制終了指令が入力されたとき、停止（Ｎｏ）の判定し、ステップＳ１８に移行し、運転模擬プログラムを終了させる。

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る重力加速度模擬システムは、被験者１００に装着可能であると共に被験者１００の作動部位に対して加速度を付与可能な加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５と、予め設定された運転模擬プログラム（運転加速度データ）に基づいて加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５を作動制御する制御装置２１とを備える。

第１の態様に係る重力加速度模擬システムは、加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５が被験者１００の作動部位に対して運転模擬プログラムに基づいた加速度を付与することで、運転の模擬を実現することができる。そのため、大掛かりな装置を不要として装置の小型化を図ることができると共に、電子部品などの周辺装置への影響を抑制することで制御精度の向上を図ることができる。また、被験者に対して大きな負担が作用することもなく、安全性を向上することができる。

第２の態様に係る重力加速度模擬システムは、加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５は、被験者１００の関節に対する一方側の作動部位に装着され、被験者１００の関節に対する他方側の作動部位に対して加速度を付与可能である。これにより、加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５を作動させることで、作動部位に適正に加速度を付与することができる。

第３の態様に係る重力加速度模擬システムは、加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５は、被験者１００に対して複数設けられ、複数の加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５が連結された状態で被験者１００に装着可能である。これにより、加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５の装着性を向上することができる。

第４の態様に係る重力加速度模擬システムは、加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５として、アクチュエータを適用する。これにより、装置の簡素化及び低コスト化を図ることができる。

第５の態様に係る重力加速度模擬システムは、運転模擬プログラムが記憶されるデータベース２４を有し、データベース２４は、異なる運転状態に応じた複数の運転模擬プログラムが記憶され、制御装置２１は、データベース２４に記憶された複数の運転模擬プログラムから所定の運転模擬プログラムを選択可能である。これにより、被験者１００に対して所望する、または、最適な運転模擬プログラムを実行することができる。

第６の態様に係る重力加速度模擬システムは、被験者１００の情報を入力する操作装置（入力部）２２を有し、制御装置２１は、操作装置２２から入力された被験者１００の情報に基づいて運転模擬プログラムを変更可能である。これにより、例えば、被験者１００の体格に適合するように運転模擬プログラムを変更し、被験者１００の作動部位に適正な加速度を付与することができる。

第７の態様に係る重力加速度模擬システムは、被験者１００の作動部位の位置を検出する位置検出装置２５を有し、制御装置２１は、位置検出装置２５の検出結果に基づいて加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５を作動制御する。これにより、被験者１００に対して高精度な加速度を付与することができる。

なお、上述した実施形態では、被験者１００に対する加速度付与装置１１，１２，１３，１４，１５の装着位置は、上述した位置に限定されるものではなく、その他に、例えば、首、手首、足首などに装着してもよい。

また、上述した実施形態では、重力加速度模擬システム１０を飛行機の運転模擬システムに適用して説明したが、その他に、ヘリコプタ、自動車、船舶などに適用してもよい。

１０重力加速度模擬システム
１１，１１Ｌ，１１Ｒ，１２，１２Ｌ，１２Ｒ，１３，１４，１４Ｌ，１４Ｒ，１５，１５Ｌ，１５Ｒ加速度付与装置
２１制御装置
２２操作装置（入力部）
２３表示装置
２４データベース
２５位置検出装置
１００被験者
１０１胴体
１０２（１０２Ｌ，１０２Ｒ）上腕（作動部位）
１０３（１０３Ｌ，１０３Ｒ）前腕（作動部位）
１０４下肢（作動部位）
１０５（１０５Ｌ，１０５Ｒ）大腿（作動部位）
１０６（１０６Ｌ，１０６Ｒ）下腿（作動部位）

Claims

被験者に装着可能であると共に前記被験者の作動部位に対して加速度を付与可能な加速度付与装置と、
予め設定された運転加速度データに基づいて前記加速度付与装置を作動制御する制御装置と、
を備える重力加速度模擬システム。
前記加速度付与装置は、前記被験者の関節に対する一方側の前記作動部位に装着され、前記被験者の関節に対する他方側の前記作動部位に対して加速度を付与可能である、
請求項１に記載の重力加速度模擬システム。
前記加速度付与装置は、前記被験者に対して複数設けられ、複数の前記加速度付与装置が連結された状態で前記被験者に装着可能である、
請求項１または請求項２に記載の重力加速度模擬システム。
前記加速度付与装置は、アクチュエータである、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の重力加速度模擬システム。
前記運転加速度データが記憶されるデータベースを有し、前記データベースは、異なる運転状態に応じた複数の前記運転加速度データが記憶され、前記制御装置は、前記データベースに記憶された複数の前記運転加速度データから所定の前記運転加速度データを選択可能である、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の重力加速度模擬システム。
前記被験者の情報を入力する入力部を有し、前記制御装置は、前記入力部から入力された前記被験者の情報に基づいて前記運転加速度データを変更可能である、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の重力加速度模擬システム。
前記作動部位の位置を検出する位置検出装置を有し、前記制御装置は、前記位置検出装置の検出結果に基づいて前記加速度付与装置を作動制御する、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の重力加速度模擬システム。