JP4503533B2 - 模型用走行装置、並びにその走行装置を備えた模型及び遠隔操作玩具 - Google Patents

Description

本発明は、遠隔操作玩具等に好適に用いることができる模型用走行装置に関する。

遠隔操作玩具の模型に組み込まれる模型用走行装置として、左右一対の車輪をそれぞれ別のモータにて駆動し、各モータの速度差に応じて模型の進行方向を変化させる走行装置が知られている（特開２００２−２３８０８３号公報及び特開２００３−０５３０５５号公報参照）。

従来の走行装置は、模型の進行方向が変化する際にモータの回転速度に差を生じさせているだけであり、直進が指示されている場合には左右のモータが互いに等しい速度で駆動される。そのため、模型が自動車等を模している場合には都合がよいが、人間や動物が二足歩行している様子を十分に表現できない。
そこで、本発明は左右の車輪を独立して駆動する構成を利用して、二足歩行の特徴を含んだ走行動作を実現することができる走行装置、並びにこれを利用した模型及び遠隔操作玩具を提供することを目的とする。
本発明は次のような手段により上述した課題を解決する。
本発明の第１の模型用走行装置は、一対のモータと、該一対のモータにより個別に駆動される左右一対の車輪と、速度及び方向に関して与えられる指示に基づいて前記一対のモータのそれぞれの動作を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、指示された速度が低速域にある間は前記一対のモータが指示された方向へ交互に回転し、前記指示された速度が前記低速域よりも高い高速域にある間は前記一対のモータが指示された方向へ同時に回転するように前記一対のモータを制御するものである。
この第１の模型用走行装置によれば、低速域の速度が指示されているときには、左右の車輪が交替的に回転して模型が左右に蛇行しつつ指示された方向へ進むようになる。これにより模型があたかも二本の足を交互に繰り出して体を左右に振りながら進行する様子を表現することができる。一方、高速域の速度が指示されているときには、そのような左右への振りをなくし、模型が指示された方向に真っ直ぐに進行する様子を表現することができる。このように模型の進み方を変化させることにより、速度を単純に増減させる場合と比較して二足歩行の特徴が含まれた特徴的な走行を実現することができる。
本発明の第１の模型用走行装置において、前記駆動制御手段は、前記指示された速度が前記低速域内にて低速側から高速側に変化すると前記低速側よりも各モータの回転を切り替える周期を短くしてもよい。モータの回転を切り替える周期が短いほど模型の左右への振り動作がより速いピッチで行われるようになり、模型が急いでいる様子をより適切に表現できるようになる。
本発明の第２の模型用走行装置は、一対のモータと、該一対のモータにより個別に駆動される左右一対の車輪と、速度及び方向に関して与えられる指示に基づいて前記一対のモータのそれぞれの動作を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、前記一対のモータが指示された方向へ交互に回転するように前記一対のモータを制御するとともに、前記指示された速度が低速側から高速側に変化すると前記低速側よりも各モータの回転を切り替える周期を短くするものである。
この第２の模型用走行装置においても、左右の車輪を交替的に回転させることにより、模型があたかも二本の足を交互に繰り出して体を左右に振りながら進行する様子を表現することができる。しかも、指示された速度が低速側から高速側に変化すると低速側よりも各モータの回転を切り替える周期が短くなって模型の左右への振り動作がより速いピッチで行われるようになる。これにより、低速側では模型が体を左右に振りながらゆっくりと歩行し、高速側では速いピッチで歩行している様子を表現することができる。
本発明の各模型用走行装置において、前記駆動制御手段は、前記指示された速度が高いほど、駆動中における前記モータの回転速度を上昇させてもよい。速度の増減と組合わせることにより、模型が移動する様子に関して緩急をより明確に付けられるようになって好ましい。
さらに、本発明の各模型用走行装置は、二足歩行型の生物又は機械を模している模型に対して好適に用いることができる。このような模型に適用すれば、模型の外観と走行の特徴とが相まって、ユーザに対して模型が二足歩行しているように強く印象付けることができる。
本発明の第１の遠隔操作玩具は、ユーザの操作に対応した制御信号を生成し、送信するコントローラと、前記制御信号に基づいて遠隔制御される走行装置を有する模型とを具備する遠隔操作玩具であって、前記走行装置は、一対のモータと、該一対のモータにより個別に駆動される左右一対の車輪と、前記制御信号に従って特定される前記速度及び方向の指示に基づいて前記一対のモータのそれぞれの動作を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、指示された速度が低速域にある間は前記一対のモータが指示された方向へ交互に回転し、前記指示された速度が前記低速域よりも高い高速域にある間は前記一対のモータが指示された方向へ同時に回転するように前記一対のモータを制御するものである。
第１の遠隔操作玩具によれば、上述した第１の模型用走行装置を備えることにより、模型の進み方を低速指示時と高速指示時とで変化させ、それにより速度を単純に増減させる場合と比較して二足歩行の特徴が含まれた特徴的な走行を実現することができる。
本発明の第１の遠隔操作玩具において、前記駆動制御手段は、前記指示された速度が前記低速域内にて低速側から高速側に変化すると前記低速側よりも各モータの回転を切り替える周期を短くしてもよい。
本発明の第２の遠隔操作玩具は、ユーザの操作に対応した制御信号を生成し、送信するコントローラと、前記制御信号に基づいて遠隔制御される走行装置を有する模型とを具備する遠隔操作玩具であって、前記走行装置は、一対のモータと、該一対のモータにより個別に駆動される左右一対の車輪と、前記制御信号に従って特定される前記速度及び方向の指示に基づいて前記一対のモータのそれぞれの動作を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、前記一対のモータが指示された方向へ交互に回転するように前記一対のモータを制御するとともに、前記指示された速度が低速側から高速側に変化すると前記低速側よりも各モータの回転を切り替える周期を短くするものである。
第２の遠隔操作玩具によれば、上述した第２の模型用走行装置を備えることにより、模型の振り動作の周期を低速側よりも高速側において短くして、低速側では模型が体を左右に振りながらゆっくりと歩行し、高速側では速いピッチで歩行している様子を表現することができる。
本発明の各遠隔操作玩具において、前記駆動制御手段は、前記指示された速度が高いほど、駆動中における前記モータの回転速度を上昇させてもよい。さらに、前記模型が二足歩行型の生物又は機械を模していてもよい。これらによる利点は上述した模型用走行装置で既に説明した通りである。
以上に説明したように、本発明によれば、左右の車輪を交互に回転させる状態と、各車輪を同時に回転させる状態とを使い分け、あるいは左右の車輪間で回転を交替する周期を変化させることにより、模型があたかも二本の足を交互に繰り出して体を左右に振りながら進行する様子を表現でき、かつ、その進み方を指示速度に応じて変化させることができる。従って、左右の車輪を独立して駆動する構成を利用して、二足歩行に似せた走行動作を模型に与えることができる。

第１図は、本発明が適用される遠隔操作玩具の概要を示す図；
第２図は、コントローラから送信される制御信号の一例を示す図；
第３図は、第１図の模型を走行させるための制御系のブロック図；
第４図は、第３図の制御系で参照される速度テーブルの内容をグラフ形式で示した図；
第５図は、第３図の制御系で参照される周期テーブルの内容をグラフ形式で示した図；
第６図は、速度テーブル及び周期テーブルを参照して取得された指示速度及び周期と、各モータの回転速度との対応関係の一例を示す図；
第７Ａ図は、速度範囲Ｌの時の制御装置がモータの回転制御を実施した場合に模型が前進する様子を示した図；
第７Ｂ図は、速度範囲Ｍの時の制御装置がモータの回転制御を実施した場合に模型が前進する様子を示した図；
第７Ｃ図は、速度範囲Ｈの時の制御装置がモータの回転制御を実施した場合に模型が前進する様子を示した図；そして、
第８図は、モータの駆動制御を実現するために制御装置が実行する速度制御ルーチンを示したフローチャート。

第１図は本発明の模型用走行装置を遠隔操作玩具１に適用した一形態を示している。遠隔操作玩具１はコントローラ２と模型３とを備えている。コントローラ２には、模型３を走行させるためにユーザが操作する操作部材として、模型３の走行方向及び速度を指示するために所定の中立位置から第１図の上下方向に操作される左スティック２ａと、模型３の進行方向を左右に変化させるために所定の中立位置から第１図の左右方向に操作される右スティック２ｂとが設けられている。コントローラ２はマイクロコンピュータからなる制御装置（不図示）を内蔵し、その制御装置は各スティック２ａ、２ｂの操作状態を判別するための制御信号を所定の搬送波に乗せて送信する。制御信号は一例として第２図のように構成される。この例では、コントローラ２と模型３との対応関係を判別するためのＩＤコードに続いて、左右のスティック２ａ、２ｂの操作情報が制御信号に含まれている。操作情報は、各スティック２ａ、２ｂの中立位置からの操作方向を判別する情報と、中立位置からの操作ステップ数を判別する情報の両者を含んでいる。操作ステップ数は、一例として、各スティック２ａ、２ｂの中立位置を０、最大限に操作された状態を８として、中立位置の両側へそれぞれ８ステップに分けて規定される。なお、制御信号が重畳される搬送波は赤外線でもよいし電波でもよい。
第１図に戻って、模型３はシャーシ４とそのシャーシ４に被せられるカバー５とを備えている。カバー５は例えば二足歩行型の生物又は機械を模した外観を有しており、その正面は図中の矢印Ｆ方向に向けられている。シャーシ４には走行装置６が搭載されている。走行装置６は、一対のモータ７と、シャーシ４の前端側の左右に配置された一対の車輪８と、各モータ７の動力を各車輪８に個別に伝達する一対の動力伝達機構９とを備えている。シャーシ４の後端には模型３の後端部を支持する支持部１０が設けられている。
第３図は模型３を走行させるための制御系の構成を示している。模型３にはマイクロコンピュータにて構成された制御装置２０と、その制御装置２０の主記憶装置として機能するＲＯＭ２１及びＲＡＭ２２と、コントローラ２から送信される制御信号を受信して制御装置２０が読み取り可能な信号へ変換する受信装置２３と、制御装置２０から与えられる速度信号に応じた速度及び方向にモータ７を回転させる一対のモータドライバ２４とが設けられている。制御装置２０は走行装置６の駆動制御手段として機能する。なお、ハードウエア相互間のインターフェース類は図示を省略している。
コントローラ２から送られる制御信号に基づいてモータ７の回転速度及び回転方向を決定するため、ＲＯＭ２１には速度テーブルＴＢ１及び周期テーブルＴＢ２が保存されている。速度テーブルＴＢ１は、左スティック２ａの操作量Ｘとモータ７に対する指示速度Ｖｍとを例えば第４図のように対応付けて記述したデータである。なお、第４図における操作量Ｘの正負は左スティック２ａの操作方向を示し、正側が模型３を前進させるときの操作方向（第１図の上方向）、負側が模型３を後退させるときの操作方向（第１図の下方向）にそれぞれ対応する。また、第４図における指示速度Ｖｍの正負はモータ７の回転方向を示し、正側が模型３を前進させるときの回転方向（以下、正転方向）、負側が模型３を後退させるときの回転方向（以下、逆転方向）にそれぞれ対応する。以下において、操作量Ｘ、及び指示速度Ｖｍは特に断りのない限り第４図のそれぞれの絶対値を意味するものとする。
第４図の例では、操作量Ｘが正方向（第１図の上方向に対応）に一定値に達するまでは指示速度Ｖｍが０に保持され、一定値を超えると操作量Ｘの増加に応じて指示速度Ｖｍが比例的に正方向に上昇し、操作量Ｘが正方向に最大値Ｘｍａｘをとると指示速度Ｖｍが正転方向の最大値Ｖ１に達する。一方、操作量Ｘが負方向（第１図の下方向に対応）に一定値に達するまでは指示速度Ｖｍが０に保持され、一定値を超えると操作量Ｘの増加に応じて指示速度Ｖｍが比例的に負方向に増加する。但し、操作量Ｘが負方向に最大値Ｘｍａｘに達するよりも早期に指示速度Ｖｍが逆転方向の最大値Ｖ２（但し、Ｖ２＜Ｖ１）に固定される。指示速度Ｖｍは停止状態を示す０から最大値Ｖ１まで１ステップずつ調整可能である。
一方、周期テーブルＴＢ２は指示速度Ｖｍと、モータ７の回転と停止とを繰り返す周期Ｔとを例えば第５図のように対応付けて記述したデータである。この例では、指示速度Ｖｍが０よりも大きくＶａ以下の速度域Ｌのときに周期Ｔが最大値Ｔ１をとり、指示速度ＶｍがＶａを超えてＶｂ以下の速度域Ｍのときに周期Ｔが幾らか減少した中間値Ｔ２をとり、指示速度ＶｍがＶｂを超えて最大値Ｖ１以下の速度域Ｈのときに周期Ｔが０となる。なお、上述した第４図との関係において、速度域Ｌの上限値Ｖａは操作量Ｘが一定値を超えて指示速度Ｖｍが立ち上がる際の初速Ｖｉよりも大きい。
第６図は、テーブルＴＢ１、ＴＢ２を利用して決定される各モータ７の指示速度Ｖｍ及び周期Ｔと、制御装置２０（第３図）による各モータ７の回転速度の制御との対応関係の一例を示している。第６図において、コントローラ２の左スティック２ａが中立位置から一定量操作され、右スティック２ｂは中立位置に保持されているものと仮定する。この場合、速度テーブルＴＢ１が参照されることにより、コントローラ２から送られる制御信号に含まれている左スティック２ａの操作情報に応じて指示速度Ｖｍが決定され、その指示速度Ｖｍに対して周期テーブルＴＢ２が参照されて周期Ｔが決定される。そうすると、制御装置２０は左右のモータ７が周期Ｔで指示速度Ｖｍによる回転と停止とを繰り返し、かつ、左右のモータ７が交互に回転するように各モータ７を制御する。一周期Ｔにおける回転と停止との時間配分は互いに等しくＴ／２ずつに設定されているが、それ以外の割合に設定してもよい。指示速度Ｖｍが速度域Ｈのときは周期Ｔが０となり、この場合、制御装置２０は左右のモータ７を指示速度Ｖｍで同時的に連続して回転させる。
以上のようなモータ７の回転制御を実施した場合に模型３が前進する様子を第７Ａ図、第７Ｂ図及び第７Ｃ図に示す。第７Ａ図は指示速度Ｖｍが速度域Ｌのとき、第７Ｂ図は指示速度Ｖｍが速度域Ｍのとき、第７Ｃ図は指示速度Ｖｍが速度域Ｈのときをそれぞれ示している。第７Ａ図及び第７Ｂ図は右側の車輪を先に回転させた場合を示すが、必ずしも右側の車輪から駆動を開始しなくてもよい。第７Ａ図及び第７Ｂ図に示すように、モータ７を交互に回転させた場合には、停止している側の車輪を中心として模型３が交互に旋回するようにして前進する。従って、車輪８を利用した走行装置６でありながら、あたかも模型３が二本の足を交互に突き出して体を左右に振りながら歩行する様子を表現することができる。
また、第７Ａ図及び第７Ｂ図の対比から明らかなように、指示速度Ｖｍが上昇して速度域Ｌから速度域Ｍへと移行すると周期ＴがＴ１→Ｔ２へと短縮され、模型３の左右への振り動作のピッチが短くなって半周期（Ｔ／２）で模型３が旋回する角度が減少する。従って、模型３の左右への振り動作が細かくなり、速度域Ｌのときよりも模型３が急いでいる様子を表現することができる。
なお、モータ７の回転速度は速度域Ｌの方が速度域Ｍよりも低いため、速度域Ｌでは模型３が左右に大きくかつゆっくりと振れながら進行し、速度域Ｍでは左右への振り動作が小さくかつせわしなく繰り返されるようになる。上述した旋回角度の相違と速度の相違とが重畳されることにより、二足歩行の特徴はより良く表現される。
さらに、指示速度Ｖｍが速度域Ｈまで上昇すればモータ７の交互の回転が中止され、左右のモータ７が等しい速度で駆動されて模型３が進行方向へ真っ直ぐ進むようになる。これにより、目的に向かって真っ直ぐ進む様子を表現することができる。なお、速度域Ｈではモータ７の回転速度がさらに上昇するので、目的地に向かって模型３がダッシュする様子が表現されてさらに好ましいものである。
なお、上記の例では右スティック２ｂが中立位置に保持されて模型３が直進する場合を示したが、これが操作された場合には、内輪側となる車輪８に対応するモータ７の指示速度Ｖｍを速度テーブルＴＢ１にて与えられる指示速度に対して右スティック２ｂの中立位置からの操作量に比例した率で減少させればよい。この場合の周期Ｔは、左右いずれのモータ７に関しても、外輪側となる車輪８に対応するモータ７の指示速度Ｖｍを基準として周期テーブルＴＢ２から定めればよい。
第８図は以上のようなモータ７の駆動制御を制御装置２０にて実現するために制御装置２０が実行する速度制御ルーチンを示している。この速度制御ルーチンは制御装置２０が一定の周期で繰り返し実行する。この速度制御ルーチンにおいて、制御装置２０はまずステップＳ１で受信装置２３から制御信号を受け取ってこれに含まれている左右スティック２ａ、２ｂの操作情報を読み取る。次のステップＳ２において、制御装置２０は速度テーブルＴＢ１を参照することにより、左スティック２ａの操作量及び操作方向に対応した指示速度Ｖｍを取得する。続くステップＳ３において、制御装置２０は周期テーブルＴＢ２を参照することにより、指示速度Ｖｍに対応した周期Ｔを取得する。
さらに、制御装置２０はステップＳ４へ進み、今回のルーチンで取得した周期Ｔが前回のルーチンのステップＳ３で取得した周期Ｔに対して変更されたか否か判断する。このような判断を行うため、制御装置２０は、毎回のルーチンで決定した指示速度Ｖｍ、周期Ｔ、各モータ７への速度信号を制御履歴として一定期間ＲＡＭ２２に保存する。
ステップＳ４で周期Ｔが変更されていなければ制御装置２０はステップＳ５に進み、前回までの制御履歴に従って、今回のルーチンで一対のモータ７のうち回転側、停止側となるモータ７をそれぞれ判別する。モータ７の回転側と停止側とが直前に切り替わってからの経過時間が周期Ｔの１／２未満のときには前回のルーチンと同様に回転側、停止側を定めればよいし、経過時間が周期Ｔの１／２に達していれば回転側と停止側とを切り替えればよい。一方、ステップＳ４で周期Ｔが変更されている場合、制御装置２０はステップＳ６に進み、新たな周期Ｔによるモータ７の回転及び停止の切り替えを開始する。この場合には、予め先に駆動すると定められている側のモータ７を回転側、反対側のモータ７を停止側として強制的に決めてもよいし、その時点で回転している側のモータ７を回転側、反対側のモータ７を停止側と定めてもよい。なお、ステップＳ５及びＳ６において周期Ｔが０のときは両側のモータ７がいずれも回転側として判別される。
ステップＳ５又はＳ６にてモータ７の回転側及び停止側を判別した後、制御装置２０はステップＳ７へ進み、回転側のモータ７の回転速度及び回転方向を決定する。ここでは、右スティック２ｂが中立位置のときは指示速度Ｖｍに対応した回転速度を設定し、右スティック２ｂが中立位置から操作されているときはその操作量に応じた比率の減速率（１未満）を指示速度Ｖｍに乗じて回転速度を求めることになる。回転方向に関しては左スティック２ａの操作方向に応じて定めればよい。ステップＳ７で回転速度及び方向を決定した後、制御装置２０はステップＳ８に進み、回転側のモータ７に対するモータドライバ２４には決定した回転速度及び回転方向を指示する速度信号を出力し、停止側のモータ７に対するモータドライバ２４には停止を指示する速度信号を出力する。以上により今回のルーチンを終える。
本発明は以上の形態に限定されず、各種の形態にて実施することができる。例えば、走行装置は二対以上の車輪を備えていてもよい。その場合、少なくとも一対の車輪を本発明に従って駆動制御すればよい。速度テーブルに基づく指示速度の決定はコントローラ側で行うようにしてもよい。その場合、コントローラからの制御信号にモータに対する指示速度及び方向を特定する情報を加えておき、模型側の制御装置がその指示速度及び方向から実際の各モータの回転速度及び方向を特定すればよい。上記の形態では速度域をＬ、Ｍ、Ｈの三段階に区分したが、速度域Ｌ又はＭのいずれか一方を省略し、又は、速度域Ｈを省略することにより、模型３の走行態様を二段に変化させてもよい。反対に、速度域をより細かく区分してもよく、特に周期Ｔに関しては指示速度Ｖｍの大小に応じて無段階かつ連続的に変化させてもよい。
本発明の模型用走行装置は遠隔操作玩具に限らず適用可能である。例えば、予め書き込まれたプログラムに従って走行する自走式の玩具の場合、自身のプログラムに従って与えられる速度に基づいて本発明のように左右のモータを交互に回転させてもよい。要するに、速度の指示は模型外から与えられるものでもよいし、模型内から与えられるものでもよい。

Claims (10)

1. 一対のモータと、該一対のモータにより個別に駆動される左右一対の車輪と、速度及び方向に関して与えられる指示に基づいて前記一対のモータのそれぞれの動作を制御する駆動制御手段とを備え、
   前記駆動制御手段は、指示された速度が低速域にある間は前記一対のモータが指示された方向へ交互に回転し、前記指示された速度が前記低速域よりも高い高速域にある間は前記一対のモータが指示された方向へ同時に回転するように前記一対のモータを制御する模型用走行装置。
2. 前記駆動制御手段は、前記指示された速度が前記低速域内にて低速側から高速側に変化すると前記低速側よりも各モータの回転を切り替える周期を短くする請求の範囲１に記載の模型用走行装置。
3. 一対のモータと、該一対のモータにより個別に駆動される左右一対の車輪と、速度及び方向に関して与えられる指示に基づいて前記一対のモータのそれぞれの動作を制御する駆動制御手段とを備え、
   前記駆動制御手段は、前記一対のモータが指示された方向へ交互に回転するように前記一対のモータを制御するとともに、前記指示された速度が低速側から高速側に変化すると前記低速側よりも各モータの回転を切り替える周期を短くする模型用走行装置。
4. 前記駆動制御手段は、前記指示された速度が高いほど、駆動中における前記モータの回転速度を上昇させる請求の範囲１〜３のいずれか１に記載の模型用走行装置。
5. 請求の範囲１〜４のいずれか１に記載の模型用走行装置を具備し、かつ二足歩行型の生物又は機械を模している模型。
6. ユーザの操作に対応した制御信号を生成し、送信するコントローラと、前記制御信号に基づいて遠隔制御される走行装置を有する模型とを具備する遠隔操作玩具において、
   前記走行装置は、一対のモータと、該一対のモータにより個別に駆動される左右一対の車輪と、前記制御信号に従って特定される前記速度及び方向の指示に基づいて前記一対のモータのそれぞれの動作を制御する駆動制御手段とを備え、
   前記駆動制御手段は、指示された速度が低速域にある間は前記一対のモータが指示された方向へ交互に回転し、前記指示された速度が前記低速域よりも高い高速域にある間は前記一対のモータが指示された方向へ同時に回転するように前記一対のモータを制御する遠隔操作玩具。
7. 前記駆動制御手段は、前記指示された速度が前記低速域内にて低速側から高速側に変化すると前記低速側よりも各モータの回転を切り替える周期を短くする請求の範囲６に記載の遠隔操作玩具。
8. ユーザの操作に対応した制御信号を生成し、送信するコントローラと、前記制御信号に基づいて遠隔制御される走行装置を有する模型とを具備する遠隔操作玩具において、
   前記走行装置は、一対のモータと、該一対のモータにより個別に駆動される左右一対の車輪と、前記制御信号に従って特定される前記速度及び方向の指示に基づいて前記一対のモータのそれぞれの動作を制御する駆動制御手段とを備え、
   前記駆動制御手段は、前記一対のモータが指示された方向へ交互に回転するように前記一対のモータを制御するとともに、前記指示された速度が低速側から高速側に変化すると前記低速側よりも各モータの回転を切り替える周期を短くする遠隔操作玩具。
9. 前記駆動制御手段は、前記指示された速度が高いほど、駆動中における前記モータの回転速度を上昇させる請求の範囲６〜８のいずれか１に記載の遠隔操作玩具。
10. 前記模型が二足歩行型の生物又は機械を模している請求の範囲６〜９のいずれか１に記載の遠隔操作玩具。

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