JP2543464B2 - 航空機操縦装置に用いる多軸多重フォ―スセンサ - Google Patents

航空機操縦装置に用いる多軸多重フォ―スセンサ

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JP2543464B2
JP2543464B2 JP4196313A JP19631392A JP2543464B2 JP 2543464 B2 JP2543464 B2 JP 2543464B2 JP 4196313 A JP4196313 A JP 4196313A JP 19631392 A JP19631392 A JP 19631392A JP 2543464 B2 JP2543464 B2 JP 2543464B2
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敏男 高瀬
久幸 永森
義雄 野島
和雄 村田
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Kawasaki Motors Ltd
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Tokyo Koku Keiki KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は航空機操縦装置に好適に
用いることができる多軸多重フォースセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】航空機操縦装置においては、FBW(Fl
y By Wire )が開発され実用に供されている。このFB
Wの開発に伴い多軸多重センサの要請が高まってきてい
る。しかしながら、多軸多重センサにおけるセンシング
方式にLVDT,RVDT(ポテンショメータ)等を用
いた場合には、センサ部および機構部の大形化を避ける
ことはできず、機体のFBWの主目的である操縦系統の
小形軽量化に対し、大きな障害となる。従来の航空機操
縦装置用フォースセンサは2軸2重系,または2軸3重
系のものまでが存在するが、それ以上の多軸多重系は存
在しなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は2軸2
重系以上の多軸多重フォースセンサに適用されるもので
あって、多軸多重方向のセンシング方式を1つにまとめ
ることにより、センサ部および機構部の構造を簡素化
し、大幅な小形軽量化を実現できる多軸多重フォースセ
ンサを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明による航空機操縦装置に用いる多軸多重フォー
スセンサは前後倒動,左右傾動,および回動(ねじり)
の操作をする操作グリップと、 前記操作グリップの端部
が接続され、前記操作グリップの支点となるフォースセ
ンサ基部と、 前記フォースセンサ基部に対して前および
後方向に幅方向が上下になるように設けられている一対
のねじり方向検出用の板バネと、 前記一対のねじり方向
検出用の板バネの先端に幅方向が左右になるように設け
られている一対の前後方向検出用の板バネと、 前記フォ
ースセンサ基部に対して左および右方向に幅方向が前後
方向になるように設けられている一対の左右方向検出用
の板バネと、 前記上下方向検出用の板バネ端と前記左右
方向検出用の板バネ端に設けられてそれぞれ対応する軸
受けに結合する軸と、 前記各板バネの表裏に前記支点か
ら当距離に貼設されている各4対のストレーンゲージを
ブリッジ接続してそれぞれの出力から前後倒動,左右傾
動および回動(ねじり)の出力を得るブリッジ回路から
構成されている。 また、本発明における前後倒動,左右
傾動,回動(ねじり)および上下動の操作をする操作グ
リップと、 前記操作グリップの端部が接続され、前記操
作グリップの支点となるフォースセンサ基部と、 前記フ
ォースセンサ基部に対して前および後方向に幅方向が上
下になるように設けられている一対のねじり方向検出用
の板バネと、 前記一対のねじり方向検出用の板バネの先
端に幅方向が左右になるように設けられている一対の前
後方向および上下方向検出用の板バネと、 前記フォース
センサ基部に対して左および右方向に幅方向が前後方向
になるように設けられている一対の左右方向検出用の板
バネと、 前記上下方向検出用の板バネ端と前記左右方向
検出用の板バネ端に設けられて それぞれ対応する軸受け
に結合する軸と、 前記各板バネの表裏に前記支点から当
距離に貼設されている各4対のストレーンゲージをブリ
ッジ接続してそれぞれの出力から前後倒動,左右傾動,
回動(ねじり)および上下動の出力を得るブリッジ回路
から構成されている。 さらに、本発明において前記前後
倒動の出力を得るブリッジ回路はブリッジの対向する辺
の抵抗の変動方向が同じ方向であり、前記上下動の出力
を得るブリッジ回路はブリッジの対向する辺の抵抗の変
動方向が反対方向である逆のブリッジ回路となっている
ように構成されている。
【0005】
【実施例】以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。図1は本発明による航空機操縦装置に用いる
多軸多重フォースセンサの実施例を示す図である。図2
(a)は図1の多軸多重フォースセンサの平面図、
(b)はその側面図、(c)はその正面図である。この
実施例は4軸4重系のフォースセンサの例である。操作
グリップ(2点鎖線で記載)8は図示しない固定部材に
よりフォースセンサ基部7に固定される。
【0006】左右方向用板バネ3および4は片持梁形状
をしており、その面が操作グリップと同じ方向(上下方
向)に向くようにフォースセンサ基部7の両側面に植設
されている。ねじり方向用板バネ5および6は左右方向
板バネと同様、片持梁形状で、その面が操作グリップと
平行になるようにフォースセンサ基部7の前後面に植設
されている。このねじり方向用板バネ5および6のそれ
ぞれの他端に、ねじり方向用板バネの面とはその面が直
角方向を向くように前後方向および上下方向用板バネ1
および2が接続されている。ねじり方向用板バネ5およ
び6の面方向は操作グリップ7と平行で、かつ左右方向
用板バネ3および4の面方向に対しては直角方向とな
り、また、前後方向および上下方向用板バネ1および2
の面方向は操作グリップ7に対して同じ方向を向いた関
係となる。このように各軸の板バネの面方向を配設する
ことにより4軸間に相互に干渉が生じないようにしてい
る。すなわち、一度に2軸以上操作した場合、それぞれ
の軸の操作に対しそれぞれ独立にフォースを検出でき、
かつそれぞれの操作軸はその操作軸以外の軸に対し影響
を与えないようになっている。
【0007】左右方向用板バネ3および4ならびにねじ
り方向用板バネ5および6の各面にはストレインゲージ
3a,3b,4a,4b,5a,5b,6aおよび6b
が貼設されている。さらに前後方向および上下方向用板
バネ1および2の各面にも2枚ずつストレインゲージ1
a,1b,1c,1d ,2a,2b,2cおよび2dが
貼設されている。各軸に対しそれぞれ4個のストレイン
ゲージでブリッジ回路が形成され、それぞれの軸方向の
操作力が電気信号で出力される。左右方向の操作量検出
用のブリッジ回路はストレインゲージ3a,3b,4a
および4bにより、前後方向の操縦量検出用のブリッジ
回路はストレインゲージ1a,1b,2aおよび2bに
より、上下方向の操作力検出用のブリッジ回路はストレ
インゲージ1c,1d ,2cおよび2d により、ねじり
方向の操作力検出用のブリッジ回路はストレインゲージ
5a,5b,6aおよび6cによりそれぞれ構成されて
いる。なお、フォースセンサの板バネの素材としては繰
り返し荷重に対して優れた機械的性質を持つ析出硬化形
ステンレス綱,SUS630を用いることにより、フォ
ースセンサ単体で高い信頼性を得ることができる。
【0008】前後方向に操作力が加わった場合、4方向
が軸受けで保持されているので、板バネ1および2のみ
が撓むこととなる。これにより、ストレインゲージ1
a,1b,2aおよび2bよりなるブリッジ回路が歪量
に対応した電気信号を出力する。同様に、左右方向は板
バネ3および4が、ねじり方向は板バネ5および6が、
上下方向は板バネ1および2がそれぞれたわみ、その歪
量に対応する電気信号を出力する。
【0009】図3は前後方向,左右方向およびねじり方
向をモデル化した図である。(a)の状態にあったもの
を、例えば、前後方向に操作すると、(b)に示すよう
に板バネ1および2は回転軸回りのモーメントにより曲
げられ、ストレインゲージR1およびR3は伸び、R2
およびR4は縮むことになる。それぞれ直角軸関係にあ
る左右方向およびねじり方向も同様に動作する。図5は
このときのブリッジ回路の構成を示す回路図である。ス
トレインゲージR1およびR3が伸び、その抵抗が(R
+ΔR)になり、ストレインゲージR2およびR4が縮
み、その抵抗が(RーΔR)になると、ブリッジ回路の
出力はΔV=(ΔR/R)Vだけ変化する。
【0010】図4は上下方向をモデル化した図である。
(a)の状態にあったものを、上下方向に操作すると、
(b)に示すように板バネ1および2には回転軸に対し
て垂直方向に力が加わり、ストレインゲージR1および
R3は伸び、R2およびR4は縮むことになる。上下方
向は前後方向とは逆にブリッジ回路を組み込むことによ
り、出力電圧を得ることができる。この回路構成は回転
軸まわりのモーメントによるたわみ(前後方向操作)に
対して出力電圧が発生しないため、前後方向と同じ板バ
ネに貼設されていても問題は生じない。同様に前後方向
に操作したときも、前後方向の操作力に対して上下方向
のブリッジ回路に出力電圧は発生しない。図6はこのと
きの上下方向のブリッジ回路の構成を示す回路図であ
る。ストレインゲージR1およびR3が伸び、その抵抗
が(R+ΔR)になり、ストレインゲージR2およびR
4が縮み、その抵抗が(RーΔR)になると、ブリッジ
回路の出力はΔV=Oで変わることはなく、上下方向の
ブリッジ回路に前後方向の操作の影響は生じない。
【0011】以上、一実施例について説明したが、各軸
用の板バネの厚さを変えるか、またはストレインゲージ
の貼り付ける位置を変えることにより、高荷重用,低荷
重用のフォースセンサとして用いることが可能である。
また、左右方向に板バネを追加すると、すなわち4方向
とも同じ形状にすると、ねじり方向に対して、わずかに
逃げを持たせることができるので、軸受けの構造を簡略
化することができる。
【0012】
【発明の効果】以上、説明したように本発明は複数の軸
に対応し、前後倒動,左右傾動,回動(ねじり)および
上下動の操作が可能な操作グリップと、前記操作グリッ
プの端部が接続され、前記操作グリップの支点となるフ
ォースセンサ基部と、前記操作グリップの各軸に対する
操作に対し弾性歪みが生じるように前記フォースセンサ
基部を中心として対称になるように一対の弾性部材を各
軸に対し設け、さらに前記各弾性部材にストレインゲー
ジを設け、前記ストレインゲージの歪み量対応の出力に
よって前記操作グリップの操作量を検出することによ
り、センサ部および機構部を一体的に構成してある。し
たがって、センサ部および機構部の構造を簡素化でき、
大幅な小形軽量化が実現できる。このフォースセンサを
航空機操縦装置に組み込み、固定翼機に使用した場合、
機体はCCV機として使用でき、機体の運動性能を大幅
に向上させることができる。また、回転翼機の操縦装置
に用いれば、両手両足を使わねばならない従来の操縦装
置に対し、機体の操縦を片手のみで行うことが可能とな
り、パイロットの操縦の負担を軽減化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による航空機操縦装置に用いる多軸多重
フォースセンサの実施例を示す斜視図である。
【図2】(a)は図1の平面図,(b)は側面図,
(c)は正面図である。
【図3】前後方向,左右方向およびねじり方向に操作し
たときの力の加わる状態を説明するための図である。
【図4】上下方向に操作したときの力の加わる状態を説
明するための図である。
【図5】図3の前後方向,左右方向およびねじり方向モ
デルのブリッジ回路の構成を示す回路図である。
【図6】図4の上下方向モデルのブリッジ回路の構成を
示す回路図である。
【符号の説明】
1,2 前後方向および上下方向用板バネ 3,4 左右方向用板バネ 5,6 ねじり方向用板バネ 7 フォースセンサ基部 8 操作グリップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野島 義雄 東京都狛江市和泉本町一丁目35番1号 東京航空計器株式会社内 (72)発明者 村田 和雄 東京都狛江市和泉本町一丁目35番1号 東京航空計器株式会社内 (72)発明者 上林 裕幸 東京都狛江市和泉本町一丁目35番1号 東京航空計器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−292029(JP,A) 特開 昭60−52731(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 前後倒動,左右傾動,および回動(ねじ
    り)の操作をする操作グリップと、 前記操作グリップの端部が接続され、前記操作グリップ
    の支点となるフォースセンサ基部と、 前記フォースセンサ基部に対して前および後方向に幅方
    向が上下になるように設けられている一対のねじり方向
    検出用の板バネと、 前記一対のねじり方向検出用の板バネの先端に幅方向が
    左右になるように設けられている一対の前後方向検出用
    の板バネと、 前記フォースセンサ基部に対して左および右方向に幅方
    向が前後方向になるように設けられている一対の左右方
    向検出用の板バネと、 前記上下方向検出用の板バネ端と前記左右方向検出用の
    板バネ端に設けられてそれぞれ対応する軸受けに結合す
    る軸と、 前記各板バネの表裏に前記支点から当距離に貼設されて
    いる各4対のストレーンゲージをブリッジ接続してそれ
    ぞれの出力から前後倒動,左右傾動および回動(ねじ
    り)の出力を得るブリッジ回路から構成した航空機操縦
    装置に用いる 多軸多重フォースセンサ。
  2. 【請求項2】 前後倒動,左右傾動,回動(ねじり)お
    よび上下動の操作をする操作グリップと、 前記操作グリップの端部が接続され、前記操作グリップ
    の支点となるフォースセンサ基部と、 前記フォースセンサ基部に対して前および後方向に幅方
    向が上下になるように設けられている一対のねじり方向
    検出用の板バネと、 前記一対のねじり方向検出用の板バネの先端に幅方向が
    左右になるように設けられている一対の前後方向および
    上下方向検出用の板バネと、 前記フォースセンサ基部に対して左および右方向に幅方
    向が前後方向になるように設けられている一対の左右方
    向検出用の板バネと、 前記上下方向検出用の板バネ端と前記左右方向検出用の
    板バネ端に設けられてそれぞれ対応する軸受けに結合す
    る軸と、 前記各板バネの表裏に前記支点から当距離に貼設されて
    いる各4対のストレー ンゲージをブリッジ接続してそれ
    ぞれの出力から前後倒動,左右傾動,回動(ねじり)お
    よび上下動の出力を得るブリッジ回路から構成した航空
    機操縦装置に用いる多軸多重フォースセンサ。
  3. 【請求項3】 前記前後倒動の出力を得るブリッジ回路
    はブリッジの対向する辺の抵抗の変動方向が同じ方向で
    あり、前記上下動の出力を得るブリッジ回路はブリッジ
    の対向する辺の抵抗の変動方向が反対方向である逆のブ
    リッジ回路となっている請求項2記載の航空機操縦装置
    に用いる多軸多重フォースセンサ。
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