JP3163094B2

JP3163094B2 - 無線操縦装置

Info

Publication number: JP3163094B2
Application number: JP23756790A
Authority: JP
Inventors: 剛志神谷
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 2001-05-08
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JPH04117895A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、無線操縦を行う無人のヘリコプタ、飛行
機、飛行船、車両、船舶等の無線操縦装置に関し、特に
操縦用電波の受信不能による操縦不能状態を回避するた
めに開発された操縦装置に関する。

［従来の技術］模型飛行機等で用いられている無線操縦装置では、妨
害電波を受けることにより、或いは遠距離になりすぎて
操縦用電波が弱くなることにより操縦できなくなり、そ
の結果、模型飛行機等が暴走したり、堕落したりするこ
とがある。また、現在ほとんどの無線操縦装置ではその
データ送信に関し符号を用いている。これは、送信機側
で符号化を行い、受信機側で符号を復号化するという行
程を経て行われる。そして、受信エラーの検知は、正し
い符号であるか判断することにより行っている。そこで
前記のような暴走や墜落の対策として、一般にフェール
セーフ機能と呼ばれる、ある所定の時間以上受信エラー
が発生し続けた場合に、あらかじめ設定してあった指令
値をサーボモータに出力することにより、暴走を防止す
る方法が行われてきた。

［発明が解決しようとする問題点］ところが、通常のデータ通信ではデータ誤りが生じ出
したとき、そのまま誤りが連続して発生するのではな
く、正しく受信したり誤りが発生したりを繰り返しなが
ら徐々にデータ誤りの状態が多くなり、やがて誤りが連
続した状態になる。従って、エラーが発生し続ける時間
を測定する方法では操縦信号の受信状態悪化傾向を正し
く把握することは困難である。また、このためフェール
セーフ機能における指令も通常降下するように設定し、
暴走及び墜落を防止するに留まっている。この結果、操
縦不能状態を回避し受信が良好な状態へ復帰させるとい
うことは事実上困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、容易に
操縦不能状態を回避し受信が良好な状態へ復帰させるこ
とを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、操縦データを符号化し送信する送信手段を
有する操縦装置と、前記操縦データを受信し復号化する
受信手段を有する被操縦装置とからなる無線操縦装置に
おいて、前記送信手段は、前記操縦データに対し個別の
識別記号を付加したものを操縦信号として送信し、前記
被操縦装置は、（ａ）前記識別記号を記憶する記憶手段
を有すると共に、受信手段で受信した前記操縦信号中の
識別記号を記憶している識別記号と比較し、一致する場
合には、前記操縦信号中の操縦データに基づいて操縦動
作を行い、（ｂ）一致しないか又は受信した操縦信号中
の識別記号が確認できない場合には、以前の識別記号が
一致したときの操縦データに基づいて操縦動作を行う
か、又は予め設定された操縦動作を行うとともに、受信
した操縦信号を識別記号受信エラーとして被操縦装置に
設けた警告表示手段に表示させ、（ｃ）さらに前記符号
化された操縦データの受信状態を常に監視し、受信信号
に誤りがあるときこれを符号受信エラーとし、単位時間
に占める該符号受信エラーの発生時間の割合が所定値以
上である場合にそのことを検知する検知手段を有し、前
記操縦装置または被操縦装置の内の少なくとも一方に前
記検知手段の検知結果を表示させる表示手段を設けたこ
とを特徴としている。

〔作用〕

本発明に係る無線操縦装置によれば、操縦装置側か
ら、操縦データに対し個別の識別記号を付加したものを
操縦信号として送信し、被操縦装置側では、受信した識
別記号と予め記憶している識別記号とを比較するように
したので、操縦状態の悪化傾向を正確に把握することが
できる。

そして前記両識別記号が一致した場合には、前記操縦
データに基づいて操縦動作を行い、一致しないか又は受
信した操縦信号中の識別記号が確認できない場合には、
以前の識別記号が一致したときの操縦データに基づいて
操縦動作を行うか、又は予め設定された操縦動作を行う
ようにしたので、機体の暴走を防止でき、また、正しい
識別信号を発信する操縦者の操縦データのみに基づいて
操縦することができ、他者による意図しない操縦を防止
することができる。

また、受信した識別記号と記憶している識別記号とが
一致しないか又は受信した操縦信号中の識別記号が確認
できない場合にはこれを識別記号受信エラーとして警告
表示手段に表示させるようにしたので、操縦不能に至る
までの過程で受信状態の悪化傾向を操縦者に知らせるこ
とができ、これにより操縦者が操縦不能状態を回避し受
信が良好な状態へ復帰させることができる。

さらにまた、符号受信エラーが発生し続ける時間の長
さではなく、単位時間に占める符号受信エラーの時間割
合に着目したので、操縦信号の受信状態悪化傾向を正確
に把握することができ、また時間割合が所定値を越える
とそれを表示するようにしたので、操縦不能に至るまで
の過程で受信状態悪化傾向を操縦者に知らせることがで
き、これにより操縦者が操縦不能状態を回避し受信が良
好な状態へ復帰させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図ないし第７図は、本発明の一実施例による産業
用無人ヘリコプタの無線操縦装置を説明するための図で
ある。本実施例では、符号受信エラーの検知及び識別記
号受信エラーの検知を組合せて実施するようにしてい
る。まず第１図ないし第３図において、符号受信エラー
の検知について説明し、続いて識別記号受信エラーの検
知について説明する。

まず、前記符号受信エラーの検知が実施される無線操
縦装置の全体のブロック構成を示す第１図において、１
は操縦装置、２は操縦データを符号化し送信する送信手
段、３は被操縦装置としてのヘリコプタであり、その内
部に操縦装置１から送信されてきた操縦データを受信し
復号化する受信手段４を有している。

５は受信機、6a〜6nは図示しないヘリコプタの各姿勢
制御部を駆動制御するためのサーボモータであり、具体
的には、エルロン，ピッチ，あるいはエレベータ等の制
御用サーボモータである。そして、７はエラー検知手
段、８は信号処理装置、９は受信状態悪化傾向を操縦者
に知らせるための表示手段としての点滅式の警告ランプ
である。また、10はエンジン回転の検出対象となる点火
系、11はバッテリである。

次に、本実施例装置の作動について第１図に基づき説
明する。

まず、操縦装置１から送信されてきた操縦データを受
信するために、受信機５では所定の周波数の電波のみを
検波する。そして検波した信号を復号化し、サーボモー
タ指令信号に変換して各サーボモータ6a〜6nに出力す
る。そして、この指令信号によって各サーボモータの回
転が制御され、該モータによって各姿勢制御部が駆動さ
れ、これによって所要の飛行制御が行われる。

一方、エラー検知手段７では受信機５により受信した
信号が正しい符号であるか判断し、誤りがあれば符号受
信エラー発生として信号処理装置８に出力する。該符号
受信エラー検知手段７でのエラーの検出は通常送信信号
のフレーム毎に行われるので、信号処理装置８ではフレ
ーム時間に合わせてエラー信号を取り込み、所定時間内
のエラー信号の占める割合を算出し、その値が所定値以
上であれば警告ランプ９を点滅するよう出力する。

また、信号処理装置８はエンジン回転及びバッテリ電
圧等も常に監視し、それらに異常がある場合は先の点滅
とは違ったパターンで点滅し、操縦者に知らせることが
出来るようになっている。

次に第１図中の信号処理装置の詳細を示した第２図に
おいて、12はマイクロコンピュータ、13はバッテリ電圧
値をデジタル値に変換するA/Dコンバータ、14はバック
アップ付きのメモリ、15a〜15e及び16a〜16nは入力制御
あるいは増幅機能を有するバッファアンプである。

以下、信号処理装置８の作動について説明する。

マイクロコンピュータ12では符号受信エラーの発生状
態を所定時間（0.1秒から１秒程度）観察し、その期間
内のエラー信号の発生時間が所定の割合（10％から80％
程度）以上であれば、警告ランプ９を点滅させ、受信状
態が悪いことを操縦者に知らせるようになっている。そ
して時間の経過と共に、観察時間枠から外れた情報はキ
ャンセルし、新たに枠内に入ってきた情報を取り込ん
で、常に最新の所定時間内のエラー信号の占める割合
（エラー率）を求めるようになっている。

これを第３図により具体的に説明すると、観察時間を
0.5秒とし、エラー率が50％のときに警告ランプを点滅
させるように設定した場合、t1,t2,t3の各時点で警告ラ
ンプが所定の点滅パターン（時間間隔）で点滅する。ま
た、t4の時点では、先の点滅パターンとは違ったパター
ンで点滅して、バッテリー電圧が12V以下になったこと
を表示する。

またこれと同時に、前述のごとく検知した、エンジン
回転、バッテリ電圧、更にサーボモータへの指令値等
も、バックアップされたメモリ14に記録して、万が一操
縦不能などの状態が発生したとき、後にその記録した内
容により操縦不能の原因が何によるものか調査できるよ
うになっている。所謂フライトレコーダに相当するもの
である。具体的には、シリアルインターフェイス用端子
14a,14bに外部から別のマイクロコンピュータを接続す
ることにより、メモリ14内に記憶されているデータを読
み取ることができるようになっている。

なお、この実施例では操縦者に知らせる方法としてラ
ンプを用いているが、昼間などの明るいときにも確実に
操縦者に知らせる方法として、ストロボなどの強い光源
を用いても良い。また操縦者に知らせる方法としてこの
ほかに、無線を用いることによりヘリコプタ側での各状
態を操縦装置側に伝え、操縦装置側で表示するようにし
ても良い。

続いて、識別信号受信エラーの検知について説明す
る。

第４図は本実施例における操縦装置を示すブロック構
成図、第５図は送信信号のフォーマットを示す図であ
る。

まず第４図において、17は操縦装置であり、その内部
に、マイクロコンピュータ20,高周波回路24等により構
成される送信手段18、識別記号設定装置19等を有してい
る。21a〜21nは、エルロン，ピッチ，エレベータ等の制
御用各サーボモータあるいはエンジンスロットルをコン
トロールするための各操作レバーであり、23a〜23nはエ
ンジン点火のON/OFFあるいは農薬散布等の補機制御用各
操作スイッチである。

また第５図において、30は送信信号のフォーマットを
示し、これはフレーム同期信号31、識別記号（ID）信号
32、ヘリコプタ操縦用信号33、農薬散布等の補機制御用
信号34、フレーム終了信号35等により構成されている。

次に、本第２実施例の操縦装置の作動を第４図及び第
５図に基づき説明する。

まず、操縦装置17の電源スイッチ（不図示）を投入す
ると、マイクロコンピュータ20は識別記号設定装置19か
ら自己の識別記号（ID）を内部に取り込む。そして、各
操作レバー21a〜21nの位置をA/Dコンバータ22を介し入
力し、また各操作スイッチ23a〜23nの状態も入力する。
次に、これらを符号化及び多重化し、第５図に示すよう
なフォーマット30を有するシリアルデータに変換して、
高周波回路24中の変調増幅器25に転送する。高周波回路
24は、その他、変調器26、発振器27、逓倍回路28、電力
増幅器29等により構成されており、入力されたシリアル
データで搬送波を変調し、空中線より電磁波として空間
へ放射する。

この実施例では、常時操縦レバー、操作スイッチの状
態を取り込み、前述のように第５図のフォーマットに従
い、常にデータの送信を行う。

識別記号（ID）をマイクロコンピュータに取り込む方
法としては、第６図のａ）のようにマイクロコンピュー
タのI/Oポート36に直接スイッチ37を取り付ける方法
や、ｂ）,c）のようにシフトレジスタ38,38を用いる方
法、その他、あらかじめプログラムに個々のIDを書き込
んでおく方法、送信機内のバックアップされたRAMに設
定できるようにしておく方法等が考えられる。ここで
ｂ）の作動について説明する。まず、回線39aを介して
マイクロコンピュータ20からシフトレジスタ38にロード
指令が出されると、シフトレジスタ38はスイッチ40によ
り設定された識別記号を取り込む。そして、該識別記号
は、回線39bを介し入力されるクロック信号に合わせ
て、回線39cを介し各ビット毎マイクロコンピュータ20
に出力される。以上より、ａ）の方法ではスイッチ37の
チャンネル数だけマイクロコンピュータのポートが必要
となるのに対し、ｂ）の方法で必要となるポート数は３
でよく、ポートを他の用途に有効利用できる。更にｃ）
の方法に於いては、一般にマイクロコンピュータに設定
されている、電源スイッチに連動したリセット信号発生
回路41を利用することにより、必要となるポートの数を
減らしている。

次に、本第２実施例の被操縦装置のブロック構成を示
す第７図に基づき、受信手段の構成について説明する。

42は被操縦装置としてのヘリコプタであり、その内部
に、高周波回路44,信号処理装置52等により構成される
受信手段43、及び識別記号記憶装置53等を有する。55a
〜55nはエンジン点火のON/OFFリレー，あるいは農薬散
布等の補機制御用リレーであり、54a〜54nは前記各リレ
ーに対する制御用アンプである。

また、前記高周波回路44は、送信手段18が有する高周
波回路24と対をなすものであり、その構成は、高周波増
幅器45、混合回路46、発振器47、逓倍回路48、中間周波
増幅器49、復調器50、比較器51等よりなる。

以下、信号処理装置52の作動に関し説明するが、第１
実施例と同様な作動については省略する。

信号処理装置52では、受信した操縦信号中の識別記号
と識別記号記憶装置53で記憶していた識別記号とを比較
し、違う場合には識別記号受信エラーとして検知する。
以下、各受信状態における作動を具体的に説明する。

（１）自己の識別記号（ID）を持つ正規の操縦電波を受
信した場合、第５図の同期信号31によりデータの同期を取り、受信
したIDが自分のIDと一致すると、そのIDと同じフレーム
内の信号を復号化して、各サーボモータ6a〜6nや、各出
力リレー55a〜55nに対する制御用アンプ54a〜54nへ指令
値を出力する。

（２）電波雑音等によりIDが確認できない場合同期をとること自体が困難であるか、あるいは同期が
とれてもIDが自己のIDとして識別できない場合は、その
フレーム内のデータは無視して、各サーボモータへは出
力しない。あるいは、以前に受信した正しいデータによ
りサーボモータ等へ指令値を出力するようにしてもよ
い。ただし、所定の時間以上IDが確認できなく、操縦デ
ータが受信できない場合は、機体の暴走などを防止する
ために予め設定された動作をするよう制御装置やサーボ
モータへ指令を出力する。ここで言う予め設定された動
作とは、自律制御機能を持っている場合、具体的には、操縦信号が相対的に強くなる方向へ向かうそれまでとは180゜転回した方向へ向かう等が考えられる。また、IDが確認できなくなった時点か
ら、警告ランプ９により操縦者にそのことを知らせる。

（３）他のIDを持つ操縦電波を受信した場合（２）と同様に制御装置やサーボモータに対しては出
力しない。あるいは、以前に受信した正しいデータによ
りサーボモータ等へ指令値を出力するようにしてもよ
い。警告ランプ９は、他のIDが受信されていることがわ
かるように、（２）とは異なった点滅パターンで点灯
し、他のIDが受信されていることを操縦者に知らせる。

以上のようにして操縦データを送受信し、自己の操縦
データ以外で誤動作しないようにすると共に、操縦者に
正しく電波が伝わっていないことを知らせる。

この実施例では、データフォーマットは、フレーム毎
に同期を取っているが、各データ毎に同期を取り、IDの
状態により信号を選別しても良い。また、自律制御機能
を持っている場合には、受信機のマイクロコンピュータ
の出力は制御装置へ出力し、正しいIDを持つ操縦電波が
受信できない場合には、その状態を制御装置に知らせ、
制御装置のみで自律制御すれば良い。

次に本第２実施例の作用効果について説明する。

第１実施例と同様に、無線操縦中に他から同一周波数
の電波が使用された場合においても、識別記号を比較す
ることにより識別記号受信エラーの検知が可能となる。
またこの実施例では、正規の操縦信号以外は制御装置や
サーボモータに対し出力しないようにしたので、他の電
波による誤った操縦データを受けることなく、フェール
セーフ機能を働かせたり、またヘリコプタに自律性があ
れば、自らの操縦データを受けるまで自律制御を行うこ
とができる。また、他の電波の影響を受けるかどうかの
限界地点を識別記号の確認により知ることができる。ま
た、無線操縦前においても、受信機のみにより同一周波
数の電波が使用されているかどうかを事前に知ることが
できる。

なお上記実施例では、説明の都合上符号受信エラーの
検知、識別記号受信エラーの検知を別々の操縦装置を用
いて説明したが、もちろんこれらを組み合わせた操縦装
置で実施することもできる。

また、上記識別記号受信エラーの検知のみ実施するこ
とも可能である。

〔発明の効果〕

本発明に係わる無線操縦装置によれば、操縦データに
付加された識別記号と予め記載した識別記号との比較す
るようにしたので受信状態悪化傾向を正確に把握するこ
とができ、また正しい識別信号を発信する操縦者の操縦
データのみに基づいて操縦することができ、他者による
意図しない操縦を防止することができる。

また、符号受信エラーの発生する時間割合が所定値を
越えるとそれを表示するようにしたので、操縦不能に至
るまでの過程で受信信号悪化傾向を操縦者に知らせるこ
とができ、これにより操縦者が、あるいは被操縦装置自
らが、容易に操縦不能状態を回避し受信が良好な状態へ
復帰させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、本発明の第１実施例による産業
用無人ヘリコプタの無線操縦装置を説明するための図で
あり、第１図は全体構成を示すブロック構成図、第２図
は信号処理装置（エラー発生頻度検知手段）の詳細図、
第３図はその動作を表した図、第４図ないし第７図は本
発明の第２実施例を説明するための図であり、第４図は
その操縦装置を示すブロック構成図、第５図は送信信号
のフォーマットを示す図、第６図は識別記号設定装置の
詳細図、第７図は被操縦装置のブロック構成を示す図で
ある。図において、1,17は操縦装置、2,18は送信手段、3,42は
被操縦装置、4,43は受信手段、8,52は信号処理装置（エ
ラー発生頻度検知手段）、９は警告ランプ（表示手
段）、32は識別記号信号（識別記号）、53は識別記号記
憶装置（識別記号記憶手段）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04Q 9/00 - 9/16 A63H 1/00 - 37/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】操縦データを符号化し送信する送信手段を
有する操縦装置と、前記操縦データを受信し復号化する
受信手段を有する被操縦装置とからなる無線操縦装置に
おいて、前記送信手段は、前記操縦データに対し個別の
識別記号を付加したものを操縦信号として送信し、前記
被操縦装置は、（ａ）前記識別記号を記憶する記憶手段
を有すると共に、受信手段で受信した前記操縦信号中の
識別記号を記憶している識別記号と比較し、一致する場
合には、前記操縦信号中の操縦データに基づいて操縦動
作を行い、（ｂ）一致しないか又は受信した操縦信号中
の識別記号が確認できない場合には、以前の識別記号が
一致したときの操縦データに基づいて操縦動作を行う
か、又は予め設定された操縦動作を行うとともに、受信
した操縦信号を識別記号受信エラーとして被操縦装置に
設けた警告表示手段に表示させ、（ｃ）さらに前記符号
化された操縦データの受信状態を常に監視し、受信信号
に誤りがあるときこれを符号受信エラーとし、単位時間
に占める該符号受信エラーの発生時間の割合が所定値以
上である場合にそのことを検知する検知手段を有し、前
記操縦装置または被操縦装置の内の少なくとも一方に前
記検知手段の検知結果を表示させる表示手段を設けたこ
とを特徴とする無線操縦装置。