JP6382076B2 - ラジオコントロールシステム - Google Patents

Description

本発明はラジオコントロール用の送信機及び受信機を含むラジオコントロールシステムに関し、特にスティックレバーの操作感に特徴を有するラジオコントロールシステムに関するものである。

従来の模型のヘリコプターや飛行機等を遠隔操縦するためのラジオコントロール用送信機には、操作部として機能する通常２つのスティックレバーと、それらの補助的な操作部として機能するレバーやスイッチ等が配置されている。被操縦体が模型のヘリコプターや飛行機等の場合、一方のスティックレバーはエンジン又はモータの出力制御及びエルロン操作を行い、他方のスティックレバーはラダー及びエレベーター操作を行うことが多い。これらのスティックレバーは通常左右に配置されている。このようなスティックユニットは例えば特許文献１に示されている。

スティックレバーには、操作者がスティックレバーを離すと中立位置に自動復帰する自動復帰機能を有するものと、スティックレバーを任意の位置に操作すると、レバーの位置をそのまま保持できる保持機能を有するものがある。ラジオコントロール用の送信機では、模型用エンジンやモータの出力制御用のスティック操作では、操作した位置を保持する保持機能が必要である。従って保持機構を設けて操作者がスティックレバーを離してもスティックレバーの位置を固定し、そのときの制御量が保持されるようにしている。その他のスティックレバーは保持機構がなく、操作者がスティックレバーを離すと中立位置に復帰する。

実公平４−４６８００号公報

しかしこのような従来のラジオコントロール用送信機では、スティックレバーを操作したきの抵抗感は送信機のスティックユニットのばねによって定まっており、被操縦体の状態は何ら反映されないため、実際に被操縦体を操縦しているという操作感は低いものとなっていた。

本発明は実際の飛行中の機体等に取付けられている可動翼などに加わる負荷をそのまま送信機のスティックの抵抗感に反映できるようにしたラジオコントロールシステムを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のラジオコントロールシステムは、操作信号のデータを送信する送信機と、被操縦体に搭載され、前記送信機からの信号を受信する受信機と、前記被操縦体の操作部を操作する少なくとも１つのサーボと、を有するラジオコントロールシステムにおいて、前記受信機は、前記サーボの駆動電流を検知する電流センサと、前記電流センサからの信号をエンコードするエンコーダと、前記エンコーダからの信号を周期的に送信する送信部と、を有するものであり、前記送信機は、ユーザからの操作によって回転する回転軸に連結された可変抵抗器と、前記回転軸に連結され、コイルへの通電電流で粘性が変化する磁気粘性流体によって回転抵抗を変化させるマグネットブレーキと、前記可変抵抗器からの信号をエンコードするエンコーダと、前記エンコーダからの出力を送信部を介して送信する送信部と、前記受信機より得られる信号を受信する受信部と、前記受信部で受信された信号を各チャンネルの信号にデコードし、前記サーボの電流に対応する信号を前記マグネットブレーキに帰還し、前記マグネットブレーキへの通電電流を制御するデータデコーダと、を有するものである。

ここで前記送信機は、左右一対のスティックユニットを有し、前記各スティックユニットは、各チャンネルのスティック操作に対するマグネットブレーキを有するものであり、前記受信機の電流センサは、前記送信機のマグネットブレーキが取付けられたチャンネルに対応するサーボの電流を夫々検出するものであり、前記送信機のデータデコーダは、前記サーボの電流に対応する信号を前記対応するチャンネルのマグネットブレーキに帰還するものとしてもよい。

ここで前記マグネットブレーキは、ケースと、前記ケース内で前記ユーザからの操作によって回転する回転軸に連結された回転円板と、前記ケース内に収納されたコイルと、前記ケース内で前記回転円板の周囲に封入された磁気粘性流体と、を有するものであってもよい。

このような特徴を有する本発明によれば、ラジオコントロール用の被制御体の可動翼や操舵輪が飛行、走行中に受ける抵抗を受信機から送信機にフィードバックをすることで、そのまま送信機のスティックの抵抗感を変化させることができる。従って被操縦体の速度や姿勢、外部の状態に合わせて送信機のスティックが重くなったり軽くなったりなど、抵抗感が変化する。このためユーザはあたかも実際に被操縦体を操縦しているという感覚を味わうことができ、操作性を飛躍的に向上させることができるという優れた効果が得られる。

図１は本発明の実施の形態によるラジオコントロール用送信機の正面図である。 図２は本発明の実施の形態による送信機のブロック図である。 図３は本発明の実施の形態による受信機のブロック図である。 図４Ａは本発明の実施の形態による送信機のスティックユニット４の斜視図である。 図４Ｂは本実施の形態によるスティックユニット４の左側面図である。 図５Ｂは本発明の実施の形態による送信機のスティックユニット５の斜視図である。 図５Ｂは本実施の形態によるスティックユニット５の左側面図である。 図６は本実施の形態に用いられるマグネットブレーキの斜視図である。 図７は本実施の形態に用いられるマグネットブレーキの断面図である。 図８は本実施の形態によるマグネットブレーキの組立構成図である。 図９は本実施の形態によるラジオコントロールシステムの動作を示すタイムチャートである。

本発明のラジオコントロールシステムは双方向通信、いわゆるテレメトリー機能を有するシステムである。図１は本発明の実施の形態のラジオコントロール用送信機の正面図であり、図２は送信機、図３は受信機のブロック図である。これらの図に示すように、ラジオコントロール用送信機１は図３に示す受信機２との間で信号を送受信するものである。送信機１の上部にはアンテナ３が設けられ、正面右側はモータ又はエンジンのコントロール用及びエルロン用のスティックユニット４、左側にはエレベーター及びラダー用のスティックユニット５が設けられている。従ってスティックユニット４，５で夫々２チャンネル分、計４チャンネル分の操作を行うこととなる。

図２に示すように送信機１においてはスティックユニット４やスティックユニット５、及び補助的な操作をするためのレバーに接続された複数の可変抵抗器及びスイッチ類からの信号がエンコーダ部１１に与えられる。エンコーダ部１１はこれらの信号をデジタル値に変換してエンコードし、ＲＦ部１２の送信部１２ａに出力するものである。送信部１２ａは周期的に送信信号を切換部１３を介してアンテナ３より出力する。又周期的にアンテナ３から得られる信号は切換部１３を介してＲＦ部１２の受信部１２ｂに与えられる。受信部１２ｂによって受信された信号はデータデコーダ１４に出力される。データデコーダ１４は受信器２より得られる信号をデコードし、表示部１５及びビープ発生器１６に出力すると共に、後述する各チャンネルのマグネットブレーキに信号を出力するものである。

図３は被操縦体、ここでは模型飛行機に搭載される受信機２及びその周辺ブロックの構成を示すブロック図である。本図に示すようにアンテナ２１から得られた信号は切換部２２を介してＲＦ部２３の受信部２３ａに与えられる。受信部２３ａでは周期的に信号を受信し、その出力信号をデコーダ２４に出力する。デコーダ２４は操作用データ信号をデコードして、受信機外のエルロン、エレベーター、ラダーを含む複数のサーボ２５ａ〜２５ｎ及びスピードコントローラ２６に出力する。これにより送信機１からの信号に基づいてサーボやスピードコントローラを作動させることができる。又受信機２には種々のセンサ、例えば高度センサ２７ａ、温度センサ２７ｂ、対気速度センサ２７ｃ、バリオメータ２７ｄ等が設けられ、これらのセンサからの出力はセンサアダプタ２８を介してエンコーダ２９に出力されている。これらのセンサは受信機が搭載されている模型飛行機等の高度、温度、対気速度、高度変化などを送信機側にフィードバックするためのセンサである。

更に本実施の形態では、複数のサーボ、例えばエルロン用サーボ２５ａ、エレベーター用サーボ２５ｂ、ラダー用サーボ２５ｃのサーボ電流を夫々検出する電流センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを設けている。電流センサ３０ａ〜３０ｃは３つのサーボ２５ａ〜２５ｃの消費電流を検知し、センサアダプタ２８に出力する。センサアダプタ２８は各センサ２７ａ〜２７ｃ，３０ａ〜３０ｃの出力をデジタル信号に変換するインターフェイスであり、その出力はエンコーダ２９を介してＲＦ部２３の送信部２３ｂに出力される。送信部２３ｂでは切換部２２を介してアンテナ２１より周期的に信号を出力する。センサが高速応答性を要求されない場合には、各センサからの出力を複数回を積算し、その平均値をエンコーダより出力するようにしてもよい。

次に送信機１に設けられている２つのスティックユニット４，５について説明する。これらのスティックユニット４，５はほぼ同様の構造である。まずスティックユニット４は図４Ａに示すように、正面から見て略正方形状のスティックベース３１に第１ブリッジ３２、第２ブリッジ３３が夫々±ｙ軸方向、±ｘ軸方向に回動自在に取付けられ、スティック４ａによって回動角度を操作するものである。スティックユニット４は±ｙ軸方向への操作をモータ（又はエンジン）コントロール用の操作方向とし、±ｘ軸方向への操作をエルロンに対する操作方向とする。

図４Ｂはこのスティックベース３１の左側面である。図４Ｂに示すように左側面には基板３４が側面に取付けられており、この基板３４上には第１ブリッジ３２の回転軸に連動する可変抵抗器３５が設けられる。又スティックベース３１の上面に基板３６が取付けられており、この基板３６上には第２ブリッジ３３の回転軸に連動する可変抵抗器３７が設けられる。可変抵抗器３５，３７からは回転角度に対応した抵抗値が得られる。又図５に示すように、下方には薄い円柱状のマグネットブレーキ３８が設けられる。マグネットブレーキ３８は第２ブリッジ３３を±ｘ軸方向に回動させる際の回転抵抗を電気的に変化させることにより、±ｘ軸方向に操作したときの抵抗感を設定するために取付けられている。

次にスティックユニット５は図５Ａに示すように、正面から見て略正方形状のスティックベース４１に第１ブリッジ４２、第２ブリッジ４３が夫々±ｙ軸方向、±ｘ軸方向に回動自在に取付けられ、スティック５ａによって回動角度を操作するものである。スティックユニット５は±ｙ軸方向への操作をエレベーターに対する操作方向とし、±ｘ軸方向への操作をラダーに対する操作方向とする。

図５Ｂはスティックベース４１の左側面図である。図５Ｂに示すように左側面には基板４４が側面に取付けられており、この基板４４上には第１ブリッジ４２の回転軸に連動する可変抵抗器４５が設けられる。又スティックベース４１の上面に基板４６が取付けられており、この基板４６上には第２ブリッジ４３の回転軸に連動する可変抵抗器４７が設けられる。可変抵抗器４５，４７からは回転角度に対応した抵抗値が得られる。又図５Ｂに示すように、側方及び下方には薄い円柱状のマグネットブレーキ４８，４９が設けられる。マグネットブレーキ４８は第１ブリッジ４２を±ｙ軸方向に回動させる際の回転抵抗を電気的に変化させることにより、±ｙ軸方向に操作したときの抵抗感を設定するために取付けられている。マグネットブレーキ４９は第２ブリッジ４３を±ｘ軸方向に回動させる際の回転抵抗を電気的に変化させることにより、±ｘ軸方向に操作したときの抵抗感を設定するために取付けられている。

次にマグネットブレーキ３８，４８，４９は同一の構造であるので、マグネットブレーキ３８について以下に説明する。マグネットブレーキ３８は図６に斜視図、図７に断面図、図８に組立構成図を示すように、薄い円柱状の部材であって、上部ケース５１と下部ケース５２から成るケース内に円板５３と環状コイル５４とが取付けられたものである。下部ケース５２の中央には内側に円板状の薄厚の突起５２ａが設けられ、その中央には回転軸５５を保持する円形窪み５２ｂが形成されている。又下部ケース５２の突起５２ａの一部には、裏面にまで貫通する貫通孔５２ｃが設けられる。次に上部ケース５１の内面には環状の窪み５１ａが形成されている。この窪み５１ａは円板５３の上部に設けられる環状コイル５４を保持するものである。そして円板５３と上部ケース５１との間、及び円板５３と下部ケース５２との間には、例えば８０μｍ程度のわずかの隙間が形成されており、その間には磁気粘性流体５６が封入されている。そして図７に示すように回転軸５５を下部ケース５２の窪み５２ｂに挿入し、回転軸５５に円板５３の中央の開口を貫通させて連結し、上部ケース５２の上部開口より突出させる。このとき封入した余分の磁気粘性流体５６は下部ケース５２の貫通孔５２ｃより噴出させてねじによって封止する。

ここで用いられている磁気粘性流体５６は例えば特開２０１２−２０２４２９号に示されるように、ナノサイズの磁性粒子を分散媒体に分散させた液体である。磁性粒子は磁化可能な金属粒子（金属ナノ粒子）、例えば鉄、コバルト、ニッケル及びパーマロイ等の合金であり、その平均粒子径は２０〜５００ｎｍであることが望ましい。分散媒体は、例えば疎水性のシリコーンオイルが用いられる。そして磁気粘性流体５６に磁場を加えたり、磁場を停止することによって、磁気粘性流体５６の粘性を急激に変化させることができる。

ここで用いられている環状コイル５４に通電しなければ磁場が生じないため粘性はなく、円板５３はほとんど抵抗なく自由に回転することができる。そして環状コイル５４に電流を流すと磁気粘性流体５６の粘性が大きくなり、円板５３の回転抵抗を急激に大きくすることができる。

ここではスティックベース３１の第２ブリッジ３３の回転軸にマグネットブレーキ３８を連結し、第２ブリッジ３３の回転によって操作されるエルロンチャンネルに対応したエルロンサーボ２５ａの電流値を電流センサ３０ａで検出している。この電流を送信機１にフィードバックし、マグネットブレーキ３８のコイルへの通電電流を制御することによって、スティック４ａを±ｘ軸方向に操作したときの感触を任意に変化させることができる。又スティックベース４１の第１ブリッジ４２の回転軸にマグネットブレーキ４８を連結し、第１ブリッジ４２の回動によって操作されるエレベーターのサーボ２５ｂの電流は電流センサ３０ｂによって検出している。この電流を送信機１にフィードバックし、マグネットブレーキ４８のコイルへの通電電流を制御することによって、スティック５ａを±ｙ軸方向に操作したときの感触を任意に変化させることができる。同様に、スティックベース４１の第２ブリッジ４３の回転軸にマグネットブレーキ４９を連結し、スティックベース４１の第２ブリッジによって操作されるラダーチャンネルに対応するサーボ２５ｃの電流値を電流センサ３０ｃで検出し、送信機１にフィードバックする。そしてその電流値に基づいてマグネットブレーキ４９のコイルへの通電電流を制御することによって、スティック５ａを±ｘ軸方向に操作したときの感触を任意に変化させることができる。このように本実施の形態では、スティックベースの操作方向のチャンネルと受信機に接続されるサーボの電流センサから帰還されて電流値が制御されるマグネットブレーキとのチャンネルを対応させている。

次に本実施の形態によるラジオコントロールシステムの動作について説明する。まず２つのスティックユニット４及び５を用いてモータ（又はエンジン）の出力レベルを上昇させたり、エルロンやエレベーターを操作すると、図９（ａ）に示すように送信機１より各スティックの可変抵抗器からの信号はデコーダ部１１を介して送信部１２ａに出力され、切換部１３を介して周期的にアンテナ３より出力される。そしてこの送信の合間には受信機２側から各種センサの信号がセンサアダプタ２８，エンコーダ２９を介して送信される。図９（ｂ）は受信機２からの帰還信号をタイミングを示している。続けて送信機１のスティックやスイッチを操作すると、スティックやスイッチ等の信号は順次図９（ａ）に示すように送信機１からの信号として一定のタイミングで周期的に受信機２に送信される。この信号に基づいて各種サーボ２５ａ〜２５ｎやスピードコントローラ２６が動作し、機体を操縦することができる。

さてラジオコントロール用飛行機を飛行させている間には、飛行機の姿勢や対気速度、上昇中，下降中及びエンジンコントロール等の状態によって、可動翼であるエルロン、エレベーター及びラダーにかかる大気からの負荷が変化する。例えば旋回するためにスティックユニット４のエルロンを操作した直後には、飛行機のエルロンにかかる大気からの負荷が大きく、エルロン用サーボ２５ａのモータ電流が増加する。この電流は電流センサ３０ａによって検知され、センサアダプタ２８、エンコーダ２９を介してコード化され、図９（ｂ）に示すように送信部２３ｂを介して送信機１にフィードバックされる。送信機１では受信部１２ｂでこの信号を受信し、データデコーダ１５でデータを各チャンネルに分離する。そしてエルロンの操作を行っているスティックユニット４のスティック４ａに連結されているマグネットブレーキ３８に通電する電流を上昇させる。例えばマグネットブレーキ３８に印加する電圧を２．５Ｖ、電流を２３０ｍＡとすると、発生磁場は約５００ｍＴとなり、第２ブリッジ３２の回転抵抗を大きくできるため抵抗感が大きくなる。このようにマグネットブレーキ３８の環状コイル５４に通電する電流値を大きくすれば、スティック操作の際の回転抵抗が増加する。従って機体のエルロンに実際にかかっている負荷をユーザが感知しつつ操作することができる。

又飛行機の上昇を開始するためスティックユニット５のエレベーターを操作した直後には、飛行機のエレベーターにかかる負荷が大きくなり、エレベーター用のサーボ２５ｂのモータ電流が増加する。従ってこの電流は電流センサ３０ｂによって検知され、センサアダプタ２８、エンコーダ２９を介してコード化され、送信部２３ｂを介して送信機１にフィードバックされる。そしてエレベーターの操作を行っているスティックユニット５のスティック５ａに連結されているマグネットブレーキ４８に通電する電流を上昇させる。従ってエレベーターを操作するスティックユニット５のスティック５ａの回転抵抗が増加する。そのため機体のエレベーターに実際にかかっている負荷をユーザが感知しつつ操作することができる。

又スティックユニット５のラダーを操作した直後には、飛行機のラダーにかかる負荷が大きくなり、ラダー用のサーボ２５ｃのモータ電流が増加する。従ってこの電流は電流センサ３０ｃによって検知され、センサアダプタ２８、エンコーダ２９を介してコード化され、送信部２３ｂを介して送信機１にフィードバックされる。そしてラダーの操作を行っているスティックユニット５のスティック５ａに連結されているマグネットブレーキ４９に通電する電流を上昇させる。従ってラダーを操作するスティックユニット５のスティック５ａの回転抵抗が増加する。そのため機体のラダーに実際にかかっている負荷をユーザが感知しつつ操作することができる。

この実施の形態では、モータやエンジンのパワーコントロール用のスティックについてはマグネットブレーキを搭載していないが、このチャンネルのスティックについてもマグネットブレーキを接続し、スティックの所定角度毎に抵抗感を変化させるようにしてもよい。こうすればモータコントロール用スティックの操作の任意の位置でクリック感を得るようにすることができる。

又モータグライダ等の操作では、このスティック４のｙ軸方向の操作によってフラップやスポイラーを操作することがある。そこでフラップ、スポイラーのサーボについても電流センサを接続し、受信機から送信機にフィードバックしてもよい。こうすればユーザは機体のフラップやスポイラーにかかっている負荷を認識しつつ操作することができる。

尚この実施の形態では、ｘ軸方向とｙ軸方向に回動する第１，第２のブリッジを有する２つのスティックユニットを持つ送信機について説明しているが、本発明はｘ軸方向やｙ軸方向にのみ回動することができ、２つのスティックで２チャンネル分の操作をする送信機についても適用できることはいうまでもない。この場合には２チャンネル分のマグネットブレーキを搭載すれば足りる。

又この実施の形態では、図１に示すように送信機の左右に一対のスティックで４チャンネル分の操作を行うラジオコントロール用送信機を用いたシステムについて説明しているが、本発明は自動車やボート等を操縦する際に用いられるホイール型ラジオコントロール送信機を用いたラジオコントロールシステムに適用することができる。この場合には送信機のラダーの操作を行うホイールにマグネットブレーキを連結しておき、被操縦体のラダーサーボに電流センサを設けておく。そして自動車の操舵輪やボートのラダーにかかる負荷を電流値としてフィードバックし、これに基づいてマグネットブレーキに通電する電流値を制御する。こうすることによって、ラダーに実際にかかっている負荷をユーザが感知しつつ操作することができる。

本発明はラジオコントロール用システムについて、被操縦体からのフィードバックによってスティック操作の抵抗感を変化させることができ、これらの用途に好適に用いることができる。

１ ラジオコントロール用送信機
２ 受信機
３ アンテナ
４，５ スティックユニット
４ａ，５ａ スティック
１１ エンコーダ部
１２，２３ ＲＦ部
１３，２２ 切換部
１４ データデコーダ
１５ 表示部
１６ ビープ発生器
２１ アンテナ
２４ デコーダ
２５ａ〜２５ｎ サーボ
２６ スピードコントローラ
２８ センサアダプタ
２９ エンコーダ
３０ａ〜３０ｃ 電流センサ
３１，４１ スティックベース
３２，４２ 第１ブリッジ
３３，４３ 第２ブリッジ
３５，３７，４５，４７ 可変抵抗器
３８，４８，４９ マグネットブレーキ
５１ 上部ケース
５２ 下部ケース
５３ 円板
５４ コイル
５５ 回転軸
５６ 磁気粘性流体

Claims (3)

1. 操作信号のデータを送信する送信機と、
   被操縦体に搭載され、前記送信機からの信号を受信する受信機と、
   前記被操縦体の操作部を操作する少なくとも１つのサーボと、を有するラジオコントロールシステムにおいて、
   前記受信機は、
   前記サーボの駆動電流を検知する電流センサと、
   前記電流センサからの信号をエンコードするエンコーダと、
   前記エンコーダからの信号を周期的に送信する送信部と、を有するものであり、
   前記送信機は、
   ユーザからの操作によって回転する回転軸に連結された可変抵抗器と、
   前記回転軸に連結され、コイルへの通電電流で粘性が変化する磁気粘性流体によって回転抵抗を変化させるマグネットブレーキと、
   前記可変抵抗器からの信号をエンコードするエンコーダと、
   前記エンコーダからの出力を送信部を介して送信する送信部と、
   前記受信機より得られる信号を受信する受信部と、
   前記受信部で受信された信号を各チャンネルの信号にデコードし、前記サーボの電流に対応する信号を前記マグネットブレーキに帰還し、前記マグネットブレーキへの通電電流を制御するデータデコーダと、を有するものであるラジオコントロールシステム。
2. 前記送信機は、
   左右一対のスティックユニットを有し、
   前記各スティックユニットは、各チャンネルのスティック操作に対するマグネットブレーキを有するものであり、
   前記受信機の電流センサは、前記送信機のマグネットブレーキが取付けられたチャンネルに対応するサーボの電流を夫々検出するものであり、
   前記送信機のデータデコーダは、前記サーボの電流に対応する信号を前記対応するチャンネルのマグネットブレーキに帰還するものである請求項１記載のラジオコントロールシステム。
3. 前記マグネットブレーキは、
   ケースと、
   前記ケース内で前記ユーザからの操作によって回転する回転軸に連結された回転円板と、
   前記ケース内に収納されたコイルと、
   前記ケース内で前記回転円板の周囲に封入された磁気粘性流体と、を有するものである請求項１又は２記載のラジオコントロールシステム。

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