JPH09502675A - 操縦桿、特に飛行機用サーボサイドスティックを有する操縦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 操縦桿（１）が、コンピュータ（１８）によって制御される不可逆アクチュエータ（２，１０）により動かされ、コンピュータ（１８）に入力された力／位置の法則を用い、力データ（力センサ（４，６）からの）と位置データ（位置センサ（１９）からの）とに従って、コンピュータ（１８）がアクチュエータ（９，１０）の位置、従って操縦桿（１）の動きを制御し、操縦桿の位置を加えられた力に追従させる、操縦桿を有する操縦装置。

Description

【発明の詳細な説明】 操縦桿、特に飛行機用サーボサイドスティックを有する操縦装置 本発明は、一般的に、軸に沿った並進運動によって、又さらに一般的には回転 軸周りのピボット運動によって、少なくとも１の自由度で動く操縦桿を有する操 縦装置に関する。この変位は、他の制御を発動させる他の軸に沿った他の変位と 組み合わせることができる。操縦桿は飛行機の操縦桿でも、又は各種の車両を駆 動するマニプレータ、又は機械の操作レバー、又はゲームの操作レバーでもよい ことは言うまでもないであろう。 概して、操縦桿により行われる機械的制御は電気的制御に替わってきた。これ によって、ジョイスティック（操縦桿）に直接関連するあらゆる機械的伝動が排 除されてミニジョイスティックを作ることが可能になった。 制御が電気的であって、使用者はもはやジョイスティックを介して、制御機構 及び制御される部材（例えば飛行機の方向舵及び補助翼）の機械的反応を感じな いので、ジョイスティックの機械的反応の感覚を人工的に再現する価値があるこ とが明白になってきた。 例えば、ばねを用いた各種の機械的戻り装置が提案されてきた。公報ＦＲ−Ａ −２６４７９２２には、ジョイスティックの変位が、所定の力／変位の法則に従 って制御される電気機械的アクチュエータを用いた反力を決定する装置が開示さ れている。 本発明の目的は、少なくとも１の自由度（ピボット運動又は並進運動）を持つ 操縦桿の変位を用いて制御が実行される、操縦桿に適用可能な操縦装置であって 、 計算機により制御される不可逆アクチュエータによって、操縦桿の変位（ピボ ット運動又は並進運動）が生じ、 使用者によって操縦桿に加えられた力を測定し、そのデータを計算機に送る力 検出器が設けてあり、 位置検出器が操縦桿の実際の位置を計算機にフィードバックし、 計算機が、アクチュエータの動作を制御し、従って、操縦桿の変位を制御し、 アクチュエータの位置と操縦桿の位置とを、計算機に入力された力／位置の法則 を用いて、前記力と位置とのデータの関数としてサーボ制御することを特徴とす る、新しい操縦装置を提供することである。 アクチュエータは不可逆であるので、使用者によって加えられた力による操縦 桿の動きに抵抗する。この力の測定値は、力検出器により適切な信号に変換され 、さらに、予め定められた、操縦桿の力／変位の法則に従って、計算機により変 換され、加えられた力に対応する位置に操縦桿を変位させるべくアクチュエータ を制御することを可能にする。 実際には複数の連続的な段階に分けて行われる動作のこれらの段階は間断なく 起きることは明白であり、使用者は、粘弾性システムと同じように、操縦桿が力 を加えるにつれて動いていき、反力で反発してくるという印象を持つ。 位置検出器とは、操縦桿の位置を表すデータを与える装置を意味する。この装 置は特別な構成要素である必要はなく、特に操縦桿の前方の駆動機構に組み込む ことができる。 制御信号を出力するために、上記の、操縦桿の位置検出器又は他の独立した検 出器が使用できる。 操縦桿に加えられた力の測定は、車両又は機械の操縦の制御にも利用できる。 このようにして、たとえアクチュエータが何らかの理由で動作不可能になって、 操縦桿がある位置でつかえても、単に、操縦桿に加える力を変えるだけで操縦は 可能であろう。 本発明は、単に単一の軸だけではなく、関連のない、独立した２つの回転軸で の運動、又は関連のない、独立した２以上の軸での並 進運動のサーボ制御に適用でき、サーボフィードバックを別々に行なえることは 言うまでもないであろう。 好ましくは、操縦桿に加えられた力は、操縦桿とアクチュエータの間に挿入さ れた変形可能な弾性装置、特に重ね板ばねの変形又は変位を測定することによっ て測定される。例えば、重ね板ばねの一端を操縦桿に固定し、又他端をピン継手 を介してアクチュエータに接続すればよい。 重ね板ばねの変形を用いて力を測定することによって、例えば歪ゲージのよう な他の力検出器の方法で測定される変位（約１０^-5〜１０^-3ｍｍのきわめて小さ い変位）より大きい変位（約１０^-2〜１ｍｍ）が検知可能になる。使用者がグリ ップから受ける生理的な印象を損なわないために、対応するジョイステックの動 きは十分小さくしなければならない（１度未満）。 このことは、時間、温度条件及び周囲の条件の関数としての信頼性、正確さ及 び安定性が、伸び計又は圧電タイプの検出器よりはるかに優れている、線形式又 は回転式で、誘導型又は抵抗型の検出器を用いて変位を測定できることを意味す る。従って、操作の安全性がかなり向上する。 操縦桿に加えられた力の測定原理それ自体は、もちろん、例えば公報ＵＳ−Ａ −４６０７２０２から知られる。しかし、この場合、操縦桿は電気式ではなく機 械式であり、力の測定は、慣性質量に作用する加速度の影響を補償することを意 図したもので、不可逆のアクチュエータを用いて操縦桿の位置をサーボ制御する ことを意図したものではない。 検出器は、例えば重ね板ばねに平行な延長部が、アクチュエータ又は操縦桿に 固定支持された状態で配置されている。位置のフィードバックは、力検出器の弾 性変形によって影響されないような方法 で調整されることが望ましい。 不可逆の電気機械アクチュエータは、線形式のねじジャッキでよく、その本体 とプランジャは、それぞれ、装置のシャシと操縦桿にヒンジで止め付けられてい る。 操縦桿の位置は、例えばアクチュエータと平行に配されるか又はアクチュエー タに組み込まれている、操縦桿の位置検出器を用いて計算機で制御できる。 安全性を更に高めるため、余分の測定システム及び計算システムを設けること が可能であることは言うまでもないであろう。 更に、力／位置の法則を、制御される複数のシステムの相対的配置の相関的な 要素として、制御の人間工学とその実時間変更とに適合可能とするために、計算 機の力／位置の法則のパラメータを変更する手段を設けると好都合である。 発明の他の特徴と利点は、以下の実施態様の説明から明らかになるだろう。実 施態様は操縦システムが単一の回転軸を持つ場合の例である。図面は、このシス テムの線図である１枚の添付図を参照する。 ミニジョイスティック１は、横回転軸２周りの一平面内において、図面には単 に線図で示してあるピボット３でピボット運動する。ここでは、その運動のため のサーボ制御の設備を設けた、単一の軸に対する回転の場合を考慮する。しかし 、ミニジョイスティック１は、軸２に直交する第２の軸周りに、例えばミニジョ イスティック１とピボット３との間に設け得る第２のピボット（図示せず）でピ ボット運動させてもよいことは言うまでもないであろう。 重ね板ばね４からなる第１の延長部と、固定支持されている第２の延長部５と は、ピボットの主動作に確実に追従するようミニジョイスティック１にしっかり と固定されており、回転軸と直交する方 向に延びていることが好ましい。第２の延長部５は第１の延長部に平行に延びて 、例えば、接触するか接触を断つかによって作動するセンサである変位検出器６ の支持体となり、重ね板ばね４と固定支持されている延長部５との間の相対的な 変位を測定できるようにしている。 重ね板ばね４の端部は、線形式のねじジャッキ１０のプランジャ９の端部に、 ヒンジ７によって連結されており、ヒンジ７は重ね板ばね４の回転軸２に平行な 軸８周りのピボット運動を可能にしている。 ジャッキ１０の本体は、それ自身が、後端部１１にある、回転軸２に平行な回 転軸１２周りにヒンジで取り付けられており、シャシに対して相対的に不動であ る。 プランジャ９は、ジャッキ１０の本体の中を滑動し、ねじ１３，１４と、ギヤ ーホイール１５，１６との協調によって推進され、ギヤーホイール１５，１６は 動力を伝達するようにモータ１７に結合されている。 モータ１７はディジタル又はアナログ計算機１８により制御される。 位置検出器１９は、ジャッキ１０のヒンジ７と１１との間に平行に取り付けら れているが、勿論、ジャッキ１０に組み込んであってもよく、重ね板ばね４の端 部の有効絶対位置を測定する。その絶対位置は、シャシを基準にしたグリップ１ の有効絶対位置を示す（しかし、この配置で検出器は直接グリップに応答するの ではなく、重ね板ばねの端部に応答するので、測定値からノイズの散乱が排除さ れる）。位置検出器１９と変位検出器６との両方が位置データを計算機１８に出 力する。計算機の機能は変位コマンドを出すことである。 装置の動作は次のようである。 使用者が力をグリップ１に加える。 ジャッキ１０は不可逆であるために、重ね板ばね４の端部がこの力に抵抗し、 従って重ね板ばね４で形成されている弾性装置に（少しの）変形が生じる。この 変形が検出器６によって測定され、計算機１８に送られ、これを計算機が力に換 算する。 計算機１８は、位置コマンドを出して、これをフィードバックし、位置コマン ドはモータ７に転送される。このコマンドは、計算機に入力されている力／変位 の法則に依存する。 従って、ジャッキ１０は、この法則と、計算機のメモリに記憶された動的パラ メータ、即ち、加速度、粘度、間奏摩擦、しきい値等等とに従ってプランジャ９ の変位を生じる。 位置検出器１９は、計算機１８と力／変位の法則とによって、プランジャ９の 位置に関するフィードバックループを完成する。 この変位は、重ね板ばね４の変形にもまた固定支持されている延長部５にもな んら変更を与えるものではない。何故なら、この変形は使用者によって加えられ た力にのみ依存し、使用者のイニシアティブで変化するだけだからである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１の自由度を有する操縦桿の変位によって制御され、使用者によ り加えられた力に反発する力の感覚を操縦桿上に再現する手段が設けてある、操 縦桿を有する操縦装置であって、 計算機により制御される不可逆アクチュエータによって操縦桿の変位が生じ、 使用者によって操縦桿に加えられた力を測定し、そのデータを計算機に与える 力検出器と、 操縦桿の実際の位置を計算機にフィードバックする位置検出器とが設けてあり 、 計算機が、位置アクチュエータの動作を制御し、従って、操縦桿の変位を制御 し、計算機に入力された力／位置の法則を用い、前記力と位置とのデータの関数 として、加えられた力に応じて操縦桿の位置をサーボ制御することを特徴とする 操縦装置。 ２．力検出器が、操縦桿とアクチュエータとの間に挿入された変形可能な弾性装 置を含み、その変形が、加えられた力を示すものとして測定されることを特徴と する請求項１記載の操縦装置。 ３．弾性装置が、操縦桿と確実に一緒に運動する重ね板ばねであり、その自由端 がアクチュエータにピン継手によって接続されていることを特徴とする請求項２ 記載の操縦装置。 ４．操縦桿又はアクチュエータと一緒に運動するために固定支持されている変位 検出器からなる、重ね板ばねの変形を検出する検出器を含むことを特徴とする請 求項２又は３記載の操縦装置。 ５．アクチュエータがねじジャッキであることを特徴とする請求項１乃至４のい ずれかに記載の操縦装置。 ６．ジャッキの本体とプランジャとが、互いに平行な回転軸の周りに、シャシと 操縦桿とにそれぞれヒンジで取り付けられていることを特徴とする請求項５記載 の操縦装置。 ７．位置検出器が制御信号を出力するために使用されていることを特徴とする請 求項１乃至６のいずれかに記載の操縦装置。 ８．位置検出器が、アクチュエータに平行に配されていることを特徴とする請求 項７記載の操縦装置。 ９．操縦桿の変位がピボット運動であることを特徴とする請求項１乃至８のいず れかに記載の操縦装置。 １０．操縦桿がどの位置で不動状態になっても、力／変位の法則を用い、力の測 定値を制御信号として使用できることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに 記載の操縦装置。