JPH067548A - 航行体の高度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大気中を航行する航行体において、相対高度
を自動的に制御しながら航行するようにすること。 【構成】 大気圧を検出する半導体トランジューサーを
航行体に搭載して、その出力信号にて航行体の昇降手段
に働きかけることにより、航行体の高度を制御するよう
にした装置。また航行体をリモートコントロールする場
合においては操縦者が任意に高度指令を出せるようにし
た装置。さらに、気象変化による大気圧の変動の影響を
無くするために、操縦場所あるいはその他の基準となる
場所の大気圧を検出し高度指令から差し引くようにした
航行体の高度制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大気中を航行する航行
体の高度を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】航行体、例えば無人ヘリコプタ、無人飛
行機の高度制御手段の従来例を、そのブロック図である
図３を参照して説明する。操縦場所において操縦者２０
０が無線操縦用送信機２０１にて航行体に操縦信号を送
ると、その航行体に搭載された無線操縦用受信機２０２
にて復調し昇降用信号２０３、及びその他の信号に分離
され、左右方向用操縦機構２０４、その他の操縦機構２
０５より航行体２１０が制御される。

【０００３】ここで本発明にかかわる昇降信号について
説明する。無線操縦用受信機２０２により復調された昇
降用信号２０３は、航行体の昇降の角速度を検出する昇
降方向軸ジャイロセンサ２０６の出力とミキシング回路
２０７にて昇降方向に安定するような信号に変換されサ
ーボモータ２０８を経て昇降用制御機構２０９を動作せ
しめる。これらの一連の動作により航行体２１０の昇降
方向の安定化を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような昇降方向軸の角速度方向の変位を検出する方法
では、機体の高度を長時間維持する事が不可能であった
ため、空中撮影、薬剤散布等一定高度で機体を制御する
事に熟練を要した。

【０００５】そして、従来の昇降方向軸ジャイロセンサ
ーはモータ等のアクチュエータと組合わせた物が多く、
その検出機構が複雑であると共に大型かつ重量が重かっ
た。

【０００６】また、従来の小型無人航行体においては、
大気圧を検出し相対高度を制御するような手段が無かっ
た。

【０００７】本発明の相対高度を知る手段として大気圧
より換算を行っているが、その性質上大気の気圧変化に
その相対高度が左右され、経時誤差を生じてしまうとい
う欠点があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために相対高度を知る手段として大気圧センサー
を用いてその出力より、高度を検出し航行体に働きかけ
高度を維持するようにした制御装置である。

【０００９】そして、前記問題点の一つであるセンサー
の重量を軽くし回路も筒略化するために、大気圧を検出
する手段として半導体圧力トランスジューサを用いたも
のである。

【００１０】また、航行体の高度を任意に制御するため
に航行体に無線又は有線等にて、高度指令信号を送り、
航行体に搭載されたセンサーと差動せしめるようにした
制御回路を設けたものである。

【００１１】さらに、無線又は有線等にて航行体を操縦
する場合に於いて操縦する場所あるいはその他の基準と
なる場所における大気圧を検出し、航行体の航行してい
る大気圧信号から差し引き、高度指令と差動せしめ航行
体の高度を昇降できる手段に働きかけ、航行体の高度を
制御するようにした制御回路をもうけたものである。

【００１２】

【作用】本発明によれば航行体が指定された任意の大気
圧中航行するので自動的に高度を制御しながら航行する
事ができる。

【００１３】そして、大気圧の検出に半導体圧力トラン
スジューサーを用いる事により、安定した高度を維持し
ながら航行する航行体が小型軽量にできる。

【００１４】また、操縦する場所から高度指令ができる
事により、航行中いつでも任意に飛行体の高度を調整す
る事ができる。

【００１５】さらに、操縦する場所あるいはその他の基
準となる場所における大気圧を検出し、航行体の航行し
ている大気圧信号から差し引き高度指令と差動せしめ、
航行体の高度を昇降できる手段に働きかける事により、
気象変化による大気圧変動に左右される事なく相対高度
を維持しながら航行する事ができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係わる航行体の高度制御装置
について具体的な実施例を図面に基づいて説明する。図
１は本発明の一実施例、ラジコン飛行機の高度制御を行
った場合の本発明の一実施例のブロック図である。この
中で図３と同一符号は互いに同一部分を示すものとす
る。

【００１７】図１の中の操縦者２００はラジコン飛行機
である航行体２１０を操縦すべくいろいろな操作を行
う。それは左右方向用操縦機構２０４、その他操縦機構
２０５も含まれる。これらの操縦信号は無線操縦用送信
機２０１にて電波として空中に発信され、空中にある航
行体であるラジコン飛行機に搭載された無線操縦用受信
機２０２にて受信されると同時にそれぞれの信号に分離
される。

【００１８】そこで、本発明にかかわる高度制御部分に
ついて詳細に説明する。航行体の昇降用制御信号は本事
施例ではエンジンコントロール信号７と昇降蛇を動かす
エレベータ信号８がある。どちらも航行体の高度を昇降
せしめるべき信号である。本実施例においてはこれらの
信号に対し、大気圧センサーＢ６により検出した大気圧
信号と高度指令信号４とを差動増幅器Ｂ５により比較
し、その差分の信号をミキシング回路Ａ９、ミキシング
回路Ｂ１０、にてミキシングすることにより、サーボモ
ータＡ１１、サーボモータＢ１２に信号を送りそれぞれ
エンジンスロットル１３、エレベータ機構１４を動作さ
せている。

【００１９】これら一連の制御動作は高度指令信号４に
対し、大気圧センサーＢ６の高度信号が高くなればそれ
ぞれ航行体２１０を降下させる方向に働き、逆に大気圧
センサーＢ６の高度信号が低くなれば航行体２１０を上
昇させる方向にフィードバックがかけられている。

【００２０】さて、高度指令信号４は操縦場所あるい
は、その他基準となる場所における大気圧を大気圧セン
サーＡ１で検出し、差動増幅器Ａ２にて高度指令信号３
と演算した信号を無線操縦用送信機２０１にて電波に乗
せ、空中にある航行体に搭載された無線操縦用受信機２
０２で復調したものである。

【００２１】ここで、この高度指令信号４は特に操縦場
所から送られて来る高度設定信号を使わずとも、予め航
行体内部で設定しておけばある大気圧の中を自動的に航
行する事は言うまでも無い。また、図１本発明の一実施
例のブロック図中のミキシング回路Ａ、９ミキシング回
路Ｂによって行われるエンジンコントロール信号７、エ
レベータコントロール信号８を使う事無く高度指令信号
４のみでも、航行は可能である。

【００２２】次に、図１本発明の一実施例のブロツク図
で示す中において、本発明にかかわる回路を例としてあ
げ、さらに詳細に説明する。

【００２３】図２は本発明の回路図の一例であり、図１
本発明の一実施例のブロック図の中の本発明にかかわる
部分の詳細回路である。大気圧センサーチップＰＳ１
は、拡散型半導体トランスジューサーで、半導体製造プ
ロセスを経た半導体のピエゾ抵抗効果を利用したダイア
フラム構造の絶対圧センサーである。このセンサーチッ
プの出力は、大気圧に比例した信号を出力する。

【００２４】本発明の高度を知る原理は国際標準大気
（ＩＳＡ）の気圧と高度の関係を使って相対高度を相定
する手法を用いている。これは、大気の圧力は海面上に
おいて約１ａｔｍで約１０１３ｍｂを標準としここから
上空に行くにつれて低くなって行く（５０００ｍ上昇す
るごとに約１／２になる。）という法則を利用したもの
である。

【００２５】この大気圧センサーチップＰＳ１は通常定
電流で駆動されるため、アンプＡ１抵抗Ｒ１、ＺＤ１、
Ｒ２、により定電流の供給を行っている。さらに大気圧
センサーチップＰＳ１の構造上出力信号が微弱であると
共に内部が電気的にブリッジ構造になっているため、ア
ンプＡ２、アンプＡ３により信号増幅を行っている。

【００２６】この出力信号はＶＲ１により制御しやすい
信号レベルまでオフセットされて、差動増幅器Ａ４にて
高度指令信号４と比較される。この比較された誤差信号
は、サーボモータへの信号を作るミキシングアンプにて
コントロール信号とミキシングされる。

【００２７】ここでＶＲ２、Ｃ１は制御回路の応答速度
を決定する時定数用であり、ＶＲ３は制御感度を決定す
るゲイン調整用ボリュームである。

【００２８】実際の運用においては、航行体の空中特性
と昇降操縦機構の特性に合わせるべく、航行体の上昇側
と下降側の感度と動作幅を調整する動作幅設定回路１５
も併用している。

【００２９】前記図２本発明の回路図の一例の説明で明
確に分かるように、高度指令４並びに昇降用信号である
エレベータ信号８、エンジンコントロール信号７は無線
又は有線等で操縦者から航行体に送らなくても航行体に
てあらかじめ設定しておけば航行体は自動的に離陸し一
定大気圧中で航行を行い、航行用動力源が無くなれば自
動的に着陸するという航行体のフリーフライトも可能で
ある。

【００３０】尚、本発明は今まで詳細に説明した実施例
のラジコン飛行機のみならず、他の航行体例えば無人へ
リ、無人気球等のあらゆる大気圧に飛行する航行体に、
同様の作用効果を奏することは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、相対高度を維持し
ながら航行体が航行できるゆえに、地上地形又は海上の
構造物の影響を受ける事なく、空中撮影等が可能になっ
たと同時に従来操縦者が非常に熟練を要した高度制御技
能を大幅に楽にする事が可能になったので、航行そのも
のの信頼性が大幅上るという利点を有する。

【００３２】そして、半導体圧力トランスジューサを高
度検出に用いた事により、安定した航行をする航行体が
非常に小型軽量にでき、その生産コスト並びに維持運用
コストを低くできると同時に、地型的に狭い場所での航
行も、より容易にするという利点を有する。

【００３３】また、操縦者から高度指令を送る事により
航行体の高度を安定して自由に変える事が可能になった
ため、空中撮影等、非常に楽にする事が可能になったと
いう利点を有する。

【００３４】さらに、操縦する場所あるいはその他の基
準となる場所におけ大気圧との差動をとり、高度を制御
する事により気象変化にともなう航行高度への影響を無
くする事ができるばかりでなく、例えば火山等の危除地
帯の空中撮影を行うラジコン機を地上から離陸させ現状
に行く際に、そのラジコン機を操縦する、操縦者を有人
大型ヘリコプターに同乗させ、同時にそこを基準大気圧
として制御させる事により、ラジコン機が有人大型ヘリ
コプターとの高度差を自動的に一定保持しながら追従し
て行くという事さえも可能にするという利点も有する。

【００３５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図

【図２】本発明の回路図の一例

【図３】従来の高度制御手段

【符号の説明】

１ 大気圧センサーＡ ２ 差動増幅器Ａ ３ 高度指令設定信号 ４ 高度指令信号 ５ 差動増幅器Ｂ ６ 大気圧センサーＢ ７ エンジンコントロール信号 ８ エレベータ信号 ９ ミキシング回路Ａ １０ ミキシング回路Ｂ １１ サーボモータＡ １２ サーボモータＢ １３ エンジンスロットル １４ エレベータ機構 １５ 動作幅設定回路 ２００ 操縦者 ２０１ 無線操縦用送信機 ２０２ 無線操縦用受信機 ２０３ 昇降用信号 ２０４ 左右方向用操縦機構 ２０５ その他の操縦機構 ２０６ 昇降方向軸ジャイロセンサー ２０７ ミキシング回路 ２０８ サーボモータ ２０９ 昇降用制御機構 ２１０ 航行体 ＰＳ１ 大気圧センサーチップ Ｒ１〜Ｒ１０ 抵抗 ＺＤ１ ツェナーダイオード Ａ１〜Ａ５ アンプ Ｃ１ コンデンサ ＶＲ１〜ＶＲ２ ボリューム ＰＯＴ１ ポテンショメータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高度を昇降することの可能な手段を有す
   る航行体に於て、航行体の航行している大気圧を検出
   し、相対高度を知り得る大気圧センサーを設け上記航行
   体の高度を昇降できる手段に働きかけることにより、航
   行体の高度を維持制御するようになした事を特徴とす
   る、航行体の高度制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高度制御装置において、
   相対高度を知り得る大気圧センサーに、半導体圧力トラ
   ンジューサーを用いた事を特徴とする、航行体の高度制
   御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の高度制御装置において、
   航行体に無線又は有線等の手段を用いて高度指令を送
   り、上記大気圧センサーの信号と比較差動せしめ、高度
   を昇降できる手段に働きかけるようにした事を特徴とす
   る、航行体の高度制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の高度制御装置において、
   無線又は有線等にて航行体の高度を任意に変化させる場
   合、無線又は有線等にて操縦する場所、あるいはその他
   の基準となる場所における大気圧を検出し、高度指令か
   ら差し引き差動せしめ、航行体の高度を制御するように
   なした事を特徴とする、航行体の高度制御装置。