JP3948343B2 - ラジオコントロール装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は移動物体を操縦するラジオコントロール装置に係わり、特に瞬発的応答性能を要求されるラジコンカー等に好適なラジオコントロール装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
被制御機器として小型の模型の自動車や航空機、船舶等の移動物体を操縦するために、ラジオコントロール(以下ラジコンという)技術が使用される。これらの被制御機器を操縦するために一般に複数の制御情報が使用される。例えば、模型自動車操縦に、方向(ステアリング)制御、前進(アクセル)、停止(ブレーキ)の3種類の制御情報が生成され、制御信号として利用される。
【0003】
図8はこのようなラジコン装置の概要を示したもので、送信機50は操縦機51、エンコーダ52、高周波部53、アンテナ54等から構成される。
操縦機51は被制御対象物である移動物体、例えば、模型自動車(以下ラジコンカーと呼ぶ)55を操縦するためのレバーまたはスティック51aや種々の設定用スイッチ等から構成される。
スティック51aを指先で廻転すると、スティック51aに接続されたボリューム(ポテンショメータ)51bも共に廻転し、ボリューム51bの示す電圧を介してスティックの廻転角に比例した制御信号が生成される。
エンコーダ52は操縦機51から出力される種々の制御信号を所定のフレーム周期で完結するシリアルに配列されたパルス列に、いわゆる、PPM変換して出力する。
ラジコンカーの操縦中は上記のパルス列は高周波部53(送信部)に供給され、AMまたはFM変調された搬送波がアンテナ54を介して常時送信される。
競技の場合プレーヤとも呼ばれる操縦者は送信機を持ち、スティック51aを操作して、遠方にあるラジコンカー55などを操縦する。
【0004】
図9はラジコンカー55に搭載される受信機60のブロック図を示しており、図8に示す送信機の送信する電波をアンテナ61を介して受信し、チューナ62、局発64と接続されたコンバータ63、中間周波増幅及びFM検波回路64を経てデコーダ65でPPM信号に復号される。
デコーダの信号出力が各サーボ機構に配分され、サーボモータを信号に従って駆動し、ラジコンカーの方向転換、速度制御等が行われる。
通常、現在のサーボ機構の出力軸の回転位置を指示するため、この出力軸にポテンショメータが接続されている。また、サーボ機構の出力軸の廻転角とスティックの操作角とは、ほぼ、比例するように制御される。
【0005】
図10は送信機50のエンコーダ52で形成される制御信号のフォーマットの1例を示したものである。図10の横軸は時間軸で、左から右に時間が流れる。
PPM変換された制御信号は、ここではCH1からCH3の順に配列されたT1〜T3の信号とし、各信号の持続時間がそれぞれのスティック51aの位置(角度)に対応している。各チャンネルに相当する信号の始まりにワンショットパルスSが形成され、ワンショットパルスSの頭出し時刻と、次のワンショットパルスSの頭出し時刻との間に経過する時間(時間幅)が信号T1、T2、T3の信号の値に相当する。
【0006】
ここで、ワンショットパルスSにS1、S2、S3、SRと符号を付ける。
チャンネル1(CH1)の頭出しを示すワンショットパルスS1から次のワンショットパルスS1までを1フレームと呼び、このフレームが次々に形成されて、切れ目無く送信されている。
各チャンネルの信号T1〜T3の時間幅は、最小900μs、最大2100μsとされ、信号T1〜T3はそれぞれ対応するスティック51aの操作量に比例した時間間隔とされている。
従って、3チャンネルの信号時間の合計は、最小2700μsから最大6300μsと変動する。
【0007】
チャンネル3(CH3)の終了時に形成されるワンショットパルスSRはリセットパルスRとして使用される。
図10では、ワンショットパルスSにS1、S2、S3、SRと符号を付けて区別しているが、ワンショットパルスSは全て同一のパルス幅aを持つ同形のパルスであり、受信機側で単独のパルスを受信しても、それががどの符号のパルスに相当するかの判別はできない。
ワンショットパルスS1を識別し、信号T1を確定するために、リセット信号となるリセットパルスSRの立ち下がりから次の1チャンネルの頭出しを示すワンショットパルスS1までの無信号時間は、最小5ms(5000μs)以上とされ、他のパルス間隔の最大2100μsと差別化されている。
【0008】
雑音等の影響で受信できないワンショットパルスSがあると、受信機側ではワンショットパルスSがどのチャンネルを示すか特定できなくなる。従って、パルス間隔時間を測定して、5msより長く設定されたリセット信号を判別して、次に受信されるワンショットパルスSがワンショットパルスS1であるとする。
ここから新しいフレームが開始するとみなされ、シリアルに並んだ各チャンネルの頭だしのワンショットパルスS1、S2、S3、が特定される。
【0009】
図9のブロック図で示す、(PPM)デコーダ回路65はアナログ的処理でリセットデータの取り出しを行っている。 図10のRES欄で示すように、インバータ66を介して信号T1〜T3の持続時間だけデコーダ65内部のCR回路に充電され、次のワンショットパルスSで放電される。T1〜T3の信号の持続時間は短いので破線で示す敷居値を越すことがないが、リセット信号SRの時間的長さは充分長くされているので、充電電圧が敷居値を越えてリセット信号として識別される。
【0010】
また、従来のサーボモータは安定動作のためにフレーム長を固定する必要があり全チャンネルパルスが最大値に変化してもリセットパルスの方が大きくなるよう設定する必要があった。このためチャンネル数が多ければ多いほどフレーム長が増加する。
サーボ機構の安定性を確保するために、上記のように、1フレーム当たりの時間に余裕を持たせると共に、各フレームの継続時間が一定であることが望まれる。従って、1フレームの長さは、例えば、一定の14msに固定され、各チャンネルの合計信号時間幅の変動に対しては、リセット信号の無信号時間の長さを変化させて対応している。
このように、リセット信号を他の信号より長くして、更に、1フレームの時間を一定に保つことは、雑音混入時の対策とサーボ機構の安定な駆動の点から必要とされる。
【0011】
上記の方式では、スティックの位置情報は、スティックに直結されたボリュームの示す電圧として、ワンショットパルスS1〜S3の頭出しの時点で取り込まれる。持続時間がT1〜T3に相当する信号がハッチングを施したパルスとして、各サーボ機構に、1フレームの間に、1回だけ供給される。
従って、取り込み終了後ののスティックの移動角は、次のフレームの該当するワンショットパルスS1〜S3が始まるまでは、スティックの移動情報として送信されない。即ち、1フレームの長さに相当する最大14msは、スティックの動きにサーボ機構が追随しない不動作域となり、その分、スティックとサーボの動きに時間差を生じ、いわゆる、操縦レスポンスが悪いことになる。
【0012】
但し、一般的なラジコン装置で使用される各種サーボ機構は、一般に片側最大動作角が60゜とされ、その動作スピードは、カー用のサーボ機構の場合、出力軸が60゜廻転するのに100〜150msを要する。即ち、最大動作角の時間幅を持つ信号が出ても、サーボ機構の出力軸が移動を完了するのは数フレーム分の時間が経過後となる。
従って、サーボ機構が最大に近い動きをする場合は、その10%以下の10ms程度の不動作域があっても、通常のラジコン装置の操作では不動作域を感知することも難しく、ほとんど問題にはならない。
また、操作角が微小であって、サーボ機構が1フレーム内の時間で動作が完了する場合でも、全体で10ms程度の追随の遅れに殆どのプレーヤは気が付かないものである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特にスピードを競うラジコンカーの競技の場合、トップクラスのプレーヤとなると、ラジコンカーの競技用サーキットのコーナリング等において、非常に速く、且つ、スティックの微小変位を繰り返すことが可能と言われる。彼等は天性や熟練により、10ms以下で指先を操作することができ、この時間を検知可能な特殊能力を持つと考えられる。
サーボ機構の不動作域の10数msの時間は、現在のラジコンカーの速度から換算すると、数10cmの位置の変化に相当する。この間、どんなに微妙なスティック操作を繰り返しても、ラジコンカーは反応しない。
彼等は、現状のラジコン装置のレスポンス程度では、指先のスティック操作にサーボ機構が追随しないために操縦技量を発揮することができないことに大きな不満を抱いている。競技会で優位に立つためにも、俊敏な指先の動きに追随可能なサーボ機構のレスポンス向上に対して強い要求がある。
【0014】
トップクラスのプレーヤの人数はごく限られているが、彼らが使用して好結果を得たラジコン装置となれば、その宣伝効果は抜群であり、多量の販売数の増加も期待できるので営業戦略上も大きな問題となっている。
【0015】
昨今、自立制御方式でフレーム長を固定しなくても安定動作するサーボモータを使用した、いわゆるデジタルサーボ機構が登場している。このようなデジタルサーボ機構は従来のようなフレーム長を必要としなくなり、フレーム長が短くても安定動作する。即ち、デジタルサーボ機構の採用により、サーボ機構駆動に関しては1フレームの時間短縮が可能となった。
【0016】
本発明は、デジタルサーボ機構を採用したラジオコントロール装置の操縦レスポンスの向上を図ることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような問題点を解決するために、複数チャンネルのコントロール信号をシリアルに配列してPPM変調した搬送波を送信する送信機と、
前記搬送波を受信復調し前記複数チャンネルのコントロール信号に戻す受信機と、
前記複数のコントロール信号をそれぞれ機械的変位に変換するサーボ機構を備えたラジオコントロール装置において、
前記送信機は、前記複数チャンネルの末尾に配列された最終チャンネルを除く前記全てのチャンネルの前記コントロール信号に変調信号基準値を加算し、且つ、前記最終チャンネルの前記コントロール信号にのみリセット変調信号基準値を加算する変調信号基準値加算手段を有し、
前記受信機は、復調された前記最終チャンネルの前記コントロール信号からリセット基準値を減算するリセット基準値減算手段を有するラジオコントロール装置を提供する。
【0018】
また、本発明のラジオコントロール装置のサーボ機構はデジタルサーボ機構である。
更にリセット基準値は、少なくともコントロール信号の最大半幅時間の2倍より大きくされるか、または、リセット基準値は、コントロール信号の最大半幅時間の2倍に所定の余裕時間を加算したものとされている。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の1例として、ラジコンカー用の3チャンネルの場合を説明するが、ラジコン装置で使用されるチャンネル数の制約はなく、例えば、2〜8チャンネル等のいずれにも適用され、用途も飛行機、ヘリコプタ、船舶その他のラジオコントロールに広く使用される。
【0020】
ラジコン装置としては、一般に複数のコントロール信号をシリアルに変換し電波で送出する送信機と、その電波を受信復調し複数のコントロール信号に戻す受信機と、個々のコントロール信号を機械的な動作に変換するサーボ機構から構成される。
サーボ機構には、前述のデジタルサーボ機構を使用すると、サーボ機構の動作にはフレーム長の制約がない。
【0021】
現在ラジコン装置はプロポーショナル(比例)制御方式が一般化されている。即ち、送信機に組み込まれたスティックの操作角に比例して、受信側のサーボ機構の出力軸の角度や、駆動用モータの回転速度を制御するFETアンプの出力電圧等が変化するよう制御される。
【0022】
図1はこの関係を模式的に図示したもので、横軸にスティックの操作角を、縦軸にサーボ機構の出力軸の廻転角を取っている。例えば、1チャンネル用のスティックがニュートラルの中立位置NPから最大操作角の+α゜に移動すると、1チャンネル用のサーボの出力軸は直線Aを介して中立位置NPから最大変位の+β゜に動く。スティックがこの中間位置にあれば、サーボの出力軸もスティックの位置に比例した位置に直線Aに沿って移動する。
このスティックの位置情報で変調された搬送波が送信機から送信され、受信機側で解読されて各サーボ機構を駆動する。
なお、図示の直線Aに沿った動きは完全な正比例となるが、直線Aの形状を1点鎖線で示す折れ線AxやAyのように傾斜の異なる線分を連結した形に設定可能として、部分的な調整が可能な設定方式を採用している送信機もある。
但し、煩雑さを避けるため、以降の説明では基本的な構成である1本の直線Aを介する正比例関係として説明する。
【0023】
送信機の構成を図2に示す。送信機1は操縦機2、エンコーダ3、高周波部5、アンテナ6等から構成され、ほぼ、図8のブロック図と同様であるが、新たに変調信号基準値加算回路4が付加されている。この変調信号基準値加算回路4の詳細説明は後述する。
操縦機2は被制御対象物である移動物体、例えば、ラジコンカーなどを操縦するためのスティック2aや種々の設定用スイッチ等から構成され、スティック2aの操作によりボリューム2bも共に廻転し、ボリューム2bの示す電圧を介してスティックの廻転角に比例した制御信号が生成される。
電位差に換算され、且つ、スティックの中立点を0とした制御信号がコントロール信号であり、このコントロール信号の中立点に種々の電位を与えて、使用上都合の良い電圧範囲に加工される。
エンコーダ3は操縦機2から出力される種々の制御信号を所定のフレーム周期で完結するシリアルに配列されたパルス列として、いわゆる、PPM変換して出力する。
ラジコンカーの操縦中は上記のパルス列は高周波部5(送信部)に供給され、AMまたはFM変調された搬送波がアンテナ6を介して常時送信される。アンテナ6から送信される搬送波として、ラジコン専用の周波数帯に属する複数の周波数から選択された、特定の周波数の電波が使用される。
【0024】
ラジコンカーに搭載された受信機部分を図3のブロック図に従って説明する。図3(a)に受信機の全体構成を示し、同図(b)にサーボ機構とその駆動回路の詳細を示している。
送信機から送信された電波はアンテナ11から取り込まれ、受信機10のチューナ12、局発14とコンバータ13、中間周波増幅を含むFM検波回路15を介して復号され、時間幅を持ったパルス信号としてマイクロコンピュータ16に供給され、各チャンネルのデジタルサーボ機構を制御する。
【0025】
デジタルサーボ機構とそれを制御するサーボ制御部を図3(b)に示す。サーボ制御部の構成は基本的に各チャンネルほぼ同等なので、図3(b)では1チャンネル分(例えばCH1)のみを示している。
サーボ制御回路(17)は各チャンネルに配分された制御パルス信号の指示に従い、デジタルサーボ機構20の出力軸23が所定の位置(廻転角)になるようサーボ機構内のサーボモータ21の廻転を制御する。
図3(b)では、マイクロコンピュータ(以下CPUと記す場合もある)16の機能の内、サーボ制御回路に関係する機能のみを抜き書きしている。Hブリッジスイッチングアンプ18はCPU16の指示に従い、デジタルサーボ機構20内のサーボモータ21を駆動する。
【0026】
サーボ機構20は、サーボモータ21の廻転により歯車列22を介して、出力軸23を正逆廻転駆動し、電気信号が機械的な変位に変換される。出力軸23は歯車列22により減速され、トルクは増大する。従って、出力軸23の一端に固着したホーン24の先端の動きで、例えば、プッシュロッドを介してラジコンカー15のステアリング機構等を操作する。
出力軸23の他端にはポテンショメータ25が接続され、出力軸23の廻転角はポテンショメータ25の電位差として、CPU16内でAD変換される。
【0027】
FM検波部15から制御パルス信号Sigが供給され、スティック操作角と比例したパルス(時間)幅に復帰し、チャンネル別に分離されて、サーボ制御回路(17)内のCPU16のカウンタに入力される。カウンタでパルス幅が計測され、指令されたサーボ機構の到達目標位置が判明する。
上記の値を、デジタルサーボ機構20の現在位置であるAD変換されたポテンショメータ25の指示と比較することにより、モータの左右いずれかの回転方向が決定され、その回転方向がCPU16からHブリッジスイッチングアンプ18に出力され、サーボモータ21は左または右に廻転駆動される。
サーボ機構20の指令された目標位置とポテンショメータ25の指示との比較は続行され、出力軸23の回転位置が目標位置に到達するとサーボモータ21は停止する。
なお、Hブリッジスイッチングアンプ18は半導体で構成された電子式の正逆転スイッチと考えて良い。
【0028】
図4(a)を参照して、本発明の実施の形態であるラジコン装置の送信機から送信される信号のパルスフォーマットを説明する。図4(a)は、PPM変調(パルス位置変調)されたラジコンカー用の3チャンネルの信号フォーマットを、横軸の(左から右に経過する)時間軸に沿った信号の変化で示す。 各チャンネルの信号は、例えば、チャンネル番号順にシリアルに並べられ、時間的に逐次処理される。ここではCH1、Ch2、CH3の順に並べられて、その順番は変化しないものとして説明する。
各チャンネルCH1、Ch2、CH3に相当する信号の始まりにワンショットパルスS(継続時間aμs)が形成され、ワンショットパルスSの頭出しから次のワンショットパルスSの頭出しまでの時間が信号T1、T2、T3の各時間幅となる。
CH1の頭出しのワンショットパルスをS1、CH2、CH3に対応するワンショットパルスにS2、S3と符号を付ける。
【0029】
サーボ出力のCH1とCH2に対しては、信号T1、T2の時間幅がそのまま出力される。しかし、信号T3の時間幅はt3の時間幅としてCH3に出力される。
これは、最終チャンネルであるCH3に対して出力される制御信号の時間幅は、送信機内で加工されて、信号T3の時間幅は、スティックの位置を示す時間幅t3に一定時間を加算されて時間幅T3とされて送信されてくることによる。
従って、受信機側でスティックの位置を示す時間幅t3に戻すため、T3から加算された一定時間を差し引く機能がCPU16内に設けられている。
即ち、図2の送信機1のブロック図に示す、変調信号基準値加算回路4により、スティックの位置を示す時間幅t3に一定時間を加算されて時間幅T3とされて送信されてくる。この一定時間はリセット基準値と呼ばれる。
【0030】
上記の、最終チャンネルにリセット基準値を加えて送信するのは、最終チャンネルであるCH3に対する信号T3が、フレームの切れ目を判別するリセットパルスの役目を同時に果たすために設けられたものである。
従って、従来使用された図10に示す信号フォーマットと比較すると、図10のリセットパルスSRは図4では廃止されている。
【0031】
サーボ機構への出力は、チャンネルCH1に出力するのはワンショットパルスS2の頭出しをトリガとし、チャンネルCH2、CH3に出力するのはワンショットパルスS3、S1の頭出しをトリガとして出力時期をずらし、信頼性向上を図っている。受信機側にCPU16を使用することで、図10に示す従来例と異なり、出力時期をずらことが実現された。
なお、制御上の理由から、T1、T2、t3は厳密にはワンショットパルスS1、S2、S3の頭出し時期から、例えば、100μs遅れて開始される。
【0032】
図4(b)に、スティック操作角と信号の時間幅との関係を示す。図はスティック操作角を横軸に、信号の時間幅を縦軸に取ったグラフである。CH1、CH2のスティック操作角は直線A1を介して縦軸の時間に変換されるが、最終チャンネルであるCH3のスティック操作角は、直線A3を介して縦軸の時間に変換される。
スティックの中立位置NPから最大変位位置(α゜)までを信号の時間幅に換算して、片側τμsとすると、正負の両側(±α゜に相当)で2τμsが必要となる。
CH1、CH2に相当する信号T1、T2の中立位置をNt1μsとし、その両側にτμsづつ取って、信号上限値U1と信号下限値L1の間を信号T1、T2の信号存在時間域とする。
前述のように、コントロール信号は中立位置(Nt1)がスティックの中立点に相当し、±τμsの範囲に存在する。即ち、τμsはコントロール信号の最大半幅時間と、また中立位置Nt1は変調信号基準値と呼ぶことができる。中立位置Nt3はリセット変調信号基準値とされる。
ここで信号下限値L1はqLμsだけ0より大きく取られており、qLはワンショットパルスSの持続時間aの2倍に余裕時間q1を追加したものである。
【0033】
同様に最終チャンネルとなるCH3に相当する信号T3の中立位置をNt3μsとし、その両側にτμsづつ取って、信号上限値U3と信号下限値L3の間を信号T3の信号存在時間域とする。CH1、CH2と同様に、τμsはコントロール信号の最大半幅時間、中立位置Nt3はリセット変調信号基準値と呼ぶことができる。
ここで、最終チャンネルを特定するために、通常の信号T1、T2の信号存在時間域と最終信号T3の信号存在時間域とが重ならないように配置する。
即ち、少なくとも、通常の信号であるCH1、CH2の信号上限値U1よりも、最終チャンネルとなるCH3の信号下限値L3は大きい値を持っている。最終チャンネルを他のチャンネルから確実に判別するために、通常の信号であるCH1、CH2の信号上限値U1と最終チャンネルとなるCH3の信号下限値L3の間に余裕幅とも呼ばれる余裕時間qを挿入することが望ましい。
先に述べたように、本明細書では最終チャンネルとなるCH3に相当する信号T3の中立位置Nt3μsからCH1、CH2に相当する信号T1、T2の中立位置Nt1μsを差し引いた時間差の値をリセット基準値R(R=Nt3−Nt1μs)と名付ける。
【0034】
図2に示す送信機のブロック図中、変調信号基準値加算回路4は操縦機2のスティック2aの位置に相当する、図4(b)のθtで示す時間幅に、変調信号基準値、または、最終チャンネルの場合にリセット変調信号基準値を加算する機能を持ち、変調信号基準値加算手段として作用する。送信機にCPUを内蔵する場合はCPU内の機能として構成されていても良い。
また、受信機側ではマイクロコンピュータ16内に、FM検波回路15から入力された信号Sigが最終信号T3の信号存在時間域内の時間幅であったときにリセット基準値Rを減算して、サーボ制御回路(17)に出力する機能、即ち、リセット基準値減算手段を持つ。
送信機に変調信号基準値加算手段を、受信機側にリセット基準値減算手段を持つことで、独立したリセットパルスを必要とせず、チャンネル数と同数のワンショットパルス〔S1、S2、・・・S(N−1)、S(N)〕のみで1フレームを構成することができる。
【0035】
各信号時間に具体的な時間を割り付けた1例を、表形式で示した図5を参照して説明する。なお、各符号は図4(b)と一致している。
先ず、ワンショットパルスSの持続時間aは搬送波であるラジコン用電波の高調波成分を大きくしないために、例えば、400μsは必要とされ、これに続く無信号時間も400μsを最小としている。即ち、両者の合計800μsに100μs以上の余裕幅2(q1)を加算する(qL=2a+q1)。ここで従来の値に従って余裕幅2(q1)を120μsとして、920μsを信号T1、T2の信号下限値L1とする。
【0036】
次に、スティックの全移動量に対応する信号時間は今までの経験上、1200μs(±τ=±600μs)が妥当な時間幅である。
スティックの中立点を全移動量の中央とし、上下に各600μsを配すと信号T1、T2の中立位置N1は1520μs(920+600)となる。
また、信号上限値U1は2120μs(1520+600)となる。
信号フォーマットに使用される、ワンショットパルスSの持続時間aとこれに続く無信号時間、スティックの全移動量に対応する信号時間等の主要時間幅は従来の数値をそのまま踏襲しており、経験の積まれた時間幅が採用され、信号フォーマットとしての安全性は充分である。
【0037】
最終チャンネルとなるCH3に相当する信号T3に対しては、T1、T2の信号上限値2120μsに余裕幅q(=400μs)を足した2520μsを信号下限値とする。T1、T2と同様にスティックの中立点を全移動量の中央におき、上下に±600μsを配すと信号T3の中立位置N3は3120μsとなる。T3の最長信号持続時間は3720μsとなり、2520〜3720μsが信号T3の信号存在時間域となる。
受信機にCPU使用により、デジタル制御が可能となり、カウンタの精度が向上したので、上記2個の信号存在時間域間の余裕幅qは400μsより減少させても充分実用になる。
【0038】
先に説明したリセット基準値Rを使って上記の内容を表現すると、信号T3の中立位置Nt3(リセット変調信号基準値・・・3120μs)は信号T1、T2の中立位置Nt1(変調信号基準値・・・1520μs)にリセット基準値R(2τ+q=1600μs)を加算したものと言い換えても良い。
なお、実際の使用例では、搬送波上で信号の時間幅を圧縮する等の処理が行われる場合もあるが、多くの数字が混在して煩雑となるので、送信機内・搬送波・受信後のラジコンカー内で信号の時間幅は変化しないものとして説明する。
【0039】
一般的にNチャンネルを使用したラジコン装置の場合は、CH1〜CH(N−1)までは変調信号基準値(1520μs)の上下600μsの信号存在時間域内に信号が存在し、最終チャンネルのCH(N)のみは、リセット基準値Rを加算した、リセット変調信号基準値(3120μs)の上下600μsの信号存在時間域内に信号が存在する。
このように、本発明の実施の形態において、新フォーマットの第1の特徴は、最終信号の信号存在時間域を他の信号の信号存在時間域と重複しないよう、送信機側で最終チャンネルにのみリセット基準値Rを加算し、受信機側で最終チャンネルの信号受信時にリセット基準値Rを減算し、サーボ機構駆動部に供給することである。
【0040】
次に、最終チャンネルの信号存在時間域が、他のチャンネルの信号存在時間域と混在しないことを利用して最終チャンネルを判別して、リセットパルスに利用することができる。
図6の送信機フローチャート、図7の受信機フローチャートを参照して、上記の送受信機におけるリセット基準値Rの加算と減算の手順、および、受信機における最終チャンネルの判別手順を説明する。
【0041】
図6(a)は送信機の変調信号算出手順であり、同図(b)は算出された変調信号により搬送波を変調するための出力手順を示す。
送信機はチャンネル1(CH1)から読込みを開始する(E10)。S10で、CH1の送信機レバー(スティック)の角度位置を時間θtに換算する。
図4(b)のグラフを参照して、送信機スティックの位置がθ゜のとき、CH1では直線A1を介して、中立位置からのパルス幅に換算されθtとなる。
S20で、θtに中立位置の時間に相当する変調信号基準値Nt1が加算され、新しい信号データ(Nt1+θt)が得られる。
S30で、CH1の新しい(変調)信号データ(Nt1+θt)が入力され、メモリが書き換えられる。
次に、CH1と同様の手順で変調信号基準値Nt1が加算され、CH2の新しい(変調)信号データがメモリの所定位置に入力される(E20)。
この操作はチャンネル数が3チャンネルならCH1とCH2に対して行われ、Nチャンネルの場合は最終チャンネルのNチャンネルを除いたCH1〜CH(N−1)に対して、変調信号基準値Nt1を加算する同一手順で行われる(E20〜E30)。
【0042】
E40は最終チャンネルのCH(N)のみに対して行われ、チャンネル数が3の場合はCH3に対して行われる。
S40で、送信機スティックの位置が中立位置からのパルス幅に換算される。この手順はS10と同様である。
S50では、リセット信号基準値(Nt(N)・・・図4(b)ではNt3)が加算され、新しい信号データ(Nt(N)+θt)が得られる。
S60でCH(N)の新しい(変調)信号データ(Nt(N)+θt)が入力され、メモリが書き換えられる。
以上で、1フレーム分のCH1〜CH(N)の全ての新データが得られた。次のフレームの読み込みは、CH1から同様の手順で始まり、読み込み指令が来るまでSTART点で待機する。
【0043】
図6(b)は変調信号の出力手順(E50)であり、記憶された(変調)信号データがS70〜S90までの手順で次々に出力され、図4(a)に示すパルス列としてPPM変調されて送信される。
【0044】
次に、図7の受信機フローチャートに従って、受信機の動作を説明する。図7(a)は各チャンネルの選別手順を示し、同図(b)はサーボ機構への出力手順を示す。
図3(a)に示すブロック図でFM検波部15からマイクロコンピュータ16に信号Sigが入力された時点から説明する。信号Sigは図4(a)の最上段の信号として示すように、ワンショットパルスS1、S2、S3のパルス列であり、その時間間隔がスティックの操作角(位置)に相当する。
【0045】
先ず、妨害雑音が無く、順調に受信が続いている場合を説明する。受信側のチャンネルカウンタは、次に入力されるチャンネルに合わせて、正しくセットされている。この場合はワンショットパルスSを受ける度にチャンネルカウンタを1だけ進めて、次チャンネルにセットすれば良い。
図7(a)のS100で、検波信号がマイクロコンピュータ16に入力される。初めのパルスが、CH1の頭出しを示すワンショットパルスS1とする。引き続きワンショットパルスS2が入力され、そのデータ幅(時間間隔)T1が計測される。
S110で信号のデータ幅がCH1〜CH(N−1)チャンネルのデータ幅(Nt1±τ)の範囲か否かが判定され、データ幅(Nt1±τ)に含まれれば、CH1〜CH(N−1)チャンネルのデータと見なしてE80に送られる。
S120でチャンネルカウンタの現在位置CH1に相当するメモリのデータを新データに更新する。次いで、S130でチャンネルカウンタに1を足し、CH2とする。
以降ワンショットパルスSが入力される度にチャンネルカウンタが更新されて行く。
【0046】
最終チャンネルであるCH(N)の場合、信号データの時間幅は、リセット信号基準値Rが加算されて、(Nt(N)±τ)のデータ幅を持つ。
従って、S110で否定、S140で合と判定されて、E70の処理が行われる。S150で信号データからリセット基準値R(1600μs)を減算する。信号データとしてはその他のCH1〜CH(N−1)と同等の、変調信号基準値(1520μs)の上下600μsの信号存在時間域内に信号が存在することになり、この値を最終チャンネルの新データとしてメモリが更新される(S160)。
【0047】
次いで、図7(a)のE70のS170において、チャンネルカウンタをCH1にリセットする(S170)。このように、最終チャンネルが入力されると自動的にチャンネルカウンタはリセットされてCH1に戻る。
最終チャンネルの確認は1フレーム毎に行われるので、受信状態を常に監視することになり、送信側と受信側のチャンネルのズレの防止が可能となる。
【0048】
送信機が送信する信号以外の雑音パルスが混入したり、受信状態が悪くワンショットパルスSが抜け落ちたりすると、信号幅が通常の信号データ幅(Nt1±τやNt(N)±τ)の範囲から逸脱する。この状態をエラーとする。
この場合はS110で否定、S140でも否定となり、エラー処理(E60)に進む。この状態では、E70またはE80に入力される信号は全てカットされて、E70またはE80の処理は行われない。
エラー状態からの回復には受信状態の回復を検知し、更に受信したチャンネルを特定してチャンネルカウンタをそれに合わせることが必要となる。従って、最終チャンネルの受信の確認ができたら、次のフレームの最初からデータを取り込むことにする。
例えば、フローチャート上でS140の判断機能でYESの場合に、S180において、チャンネルカウンタをCH1にリセットすると同時に、S110、S140が通常に働く状態、即ち、合判定でE70、E80に回すことにする。
なお、エラー時には、サーボ機構の作動状態の維持方法等、特殊の対応が取られる場合が多いが、詳細は省略する。
【0049】
記憶された信号幅は図7(b)に示すサーボパルス出力処理(E90)で各サーボ機構に配分され、それぞれのサーボ機構を駆動する。
記憶されたデータは、CH(N)も含め全て(Nt1±τ)の時間幅とされている。従ってチャンネル順に従って、メモリから最新の更新データを読み出せばそのまま、スティックの位置に対応したデータとなる。
データの取り出しは、次のワンショットパルスSをトリガとして開始され、ワンショットパルスSの1個分遅れて取り出される。
【0050】
図4(a)に示すように、CH1の信号幅はT1であり、CH1のサーボ出力としては、ワンショットパルスS2をトリガとして斜線を記入したT1幅のパルスが送出される。厳密にはワンショットパルスS2の頭出しから、例えば100μS程度の若干時間遅れて立ち上がる。
以下、CH2のT2幅のパルスはワンショットパルスS3をトリガとし、CH3のT3幅のパルスは次のフレームのワンショットパルスS1をトリガとする。
このように、次のワンショットパルスSをトリガとして、CH1〜CH(N)までのサーボパルスが順次取り出されて各サーボ機構に配分される。
【0051】
このように、従来の独立したリセットパルスを最終チャンネルの信号幅に含めることにより、例えば従来14ms程度が必要とされたフレーム時間を最短4.36msから最長7.66msに短縮が可能となった。
また、先に説明したデジタルサーボ機構の採用により、1フレームの時間幅を一定にする必要もない。
従って、実際の信号幅の出現頻度を計測しないと厳密には計算できないが、単純に平均値で見ても60%程度の短縮が可能であると言える。
【0052】
このように、フレーム時間の短縮により、スティックの移動量が読み込まれないサーボ機構の不動作域を、従来の10数msから最長7ms程度にほぼ半減することができる。トップクラスのプレーヤの指先の速さに追随できないケースも殆ど解消できる。
【0053】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、デジタルサーボ機構の採用と共に、受信装置全般にデジタル処理を導入した。更に、従来独立して必要とされていたリセットパルスを最終チャンネルのワンショットパルスと兼用したことにより、フレーム時間の大幅短縮を可能にし、操縦レスポンスの向上がはかれる。即ち、一流プレーヤの不満を解消する高性能のラジコン装置を市場に送ることができた。
操縦レスポンスの向上はラジコン装置の市場評価を高め、販売促進効果も大きい。
【0054】
本発明では、PPM信号を構成するチャンネルパルス幅等を変更すること無く全体のフレーム幅が縮小され、操縦レスポンスを向上させることができる。
フレーム幅は短縮されても、ワンショットパルスのパルス幅、信号の最大半幅時間等の信号定格の主要数値は、従来使い慣れた値から変更されずにそのまま採用されているので、搬送波に対する高調波その他の影響等も許容範囲に収まることが予見され、ラジオコントロール装置としての安定性に悪影響を及ぼさない点も大きな利点である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ラジコン送信機の操作スティックの操作角とサーボ機構の変位(角)との関係を説明する模式図である。
【図2】本発明のラジコン装置を構成する送信機の回路構成を示すブロック図である。
【図3】本発明のラジコン装置を構成する受信機の回路構成を示すブロック図、ならびにサーボ制御部の構成図である。
【図4】本発明のラジコン送信機に使用されるPPM信号のフォーマットを示す図、および、ラジコン送信機の操作スティックの操作角とPPM信号のパルス時間との関係を説明する模式図である。
【図5】本発明のラジコン送信機で形成されるPPM信号の時間幅の1例を示す図表である。
【図6】本発明のラジコン送信機の動作を説明するフローチャートである。
【図7】本発明のラジコン受信機の動作を説明するフローチャートである。
【図8】ラジコンカーを例としたラジコン装置の一般的な説明図である。
【図9】図8のラジコンカーに搭載された受信機の構成を示すブロック図である。
【図10】ラジコン装置に使用される従来の信号フォーマットを示す図である。
【符号の説明】
NP 中立位置、+α 上限(最大)操作角、−α 下限(最大)操作角、+β上限(最大)変位、−β 下限(最大)変位、
1 送信機、2 操縦機、2a スティック、2b ボリューム、3 エンコーダ、4 変調信号基準値加算回路、5 高周波部、6 アンテナ、10 受信機、11 アンテナ、12 チューナ、13 コンバータ、14 発振器、15 FM検波部、16 マイクロコンピュータ、17 サーボ機構駆動部、18 サーボアンプ、20 デジタルサーボ機構、21 サーボモータ、22 減速歯車列、23 出力軸、24 ホーン、25 ポテンショメータ、
S ワンショットパルス、S1〜S3 各チャンネルの頭出しパルス、SR リセットパルス、CH1〜CH3 チャンネル1〜チャンネル3、CH3 最終チャンネル、T1〜T3 各チャンネルの信号幅(信号時間)、Nt 中立位置(時間)(Nt1 変調信号基準値、Nt3 リセット変調信号基準値、)
τ コントロール信号の信号の最大半幅時間、+τ 上限(最大)時間、−τ 下限(最大)時間、L 信号下限値(Nt−τ)、U 信号上限値(Nt+τ)、q 余裕幅(時間)、R リセット基準値、A 直線
Claims (4)
- 複数チャンネルのコントロール信号をシリアルに配列してPPM変調した搬送波を送信する送信機と、
前記搬送波を受信復調し前記複数チャンネルのコントロール信号に戻す受信機と、
前記複数のコントロール信号をそれぞれ機械的変位に変換するサーボ機構を備えたラジオコントロール装置において、
前記送信機は、前記複数チャンネルの末尾に配列された最終チャンネルを除く前記全てのチャンネルの前記コントロール信号に変調信号基準値を加算し、且つ、前記最終チャンネルの前記コントロール信号にのみリセット変調信号基準値を加算する変調信号基準値加算手段を有し、
前記受信機は、復調された前記最終チャンネルの前記コントロール信号からリセット基準値を減算するリセット基準値減算手段を有することを特徴とするラジオコントロール装置。 - 前記サーボ機構はデジタルサーボ機構であることを特徴とする請求項1に記載のラジオコントロール装置。
- 前記リセット基準値は、少なくとも前記コントロール信号の最大半幅時間の2倍より大きいことを特徴とする請求項1及び請求項2に記載のラジオコントロール装置。
- 前記リセット基準値は、前記コントロール信号の最大半幅時間の2倍に所定の余裕時間を加算したことを特徴とする請求項3に記載のラジオコントロール装置。
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