JPS62290912A - ハンドル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、３次元空間内を移動する移動体のハンドルに
係り、特に移動体の３次元内における重心の移動運動に
関する３自由度と、移動体の３次元内における回転に関
する３自由度を同時に独立して入力するのに好適な、６
自由度ハンドルの制御方式に関する。

また、本発明は移動体のステアハンドルに係り、特に２
次元面内における移動体の姿勢と１重心の進行方向と、
進行速度又は移動圧り等とを独立して入力するのに好適
な、３自由度ステアハンドルの制御方式に関する。

さらに、本発明は、面に沿って移動する移動体のハンド
ルに係り、特に移動体の重心の移動方向の自由度、姿勢
に関する３個の回転自由度（ヨー。

ピッチ、ロール）の中の２自由度を独立して入力するの
に好適な、２自由度ハンドルの制御方式に関する。

〔従来の技術〕

従来の３次元空間を移動する移動体（航空機、人工衛星
など）は３個の回転自由度（ヨー角、ロール角、ピッチ
角）しか持っておらず、進行方向の変更や上昇下降に当
っては、ヨー角、ロール角。

ピッチ角を変更させる事により間接的に行なってきた。

最近、制御主導型航空機（ＣＣＶ）が開発され、機体の
姿勢（ヨー、ロール、ピッチ）と進行方向（Ｘ＋　ｙ＋
Ｚ）とを独立に制御する７４Ｇが可能となってきた。

そこで、移動体を３次元内の任意の方向へ任、意の量移
動させる３個の自由度、そして移動体の姿勢に関する３
３個の回転自由度（ヨー、ロール、ピッチ）の計６自由
度を同時に独立して入力するのに好適なハンドルの開発
が進められてきた。

また、従来のステアハンドルは普通の自動車のハンドル
の様に１自由度（回転自由度）の運動が可能で、移動体
は、自動車の例で言うと操舵槽の角度を変え、移動体自
身が回転する事により進行方向を変えていた。すなわち
、方向変換においては回転運動と重心の移動運動が従属
していたため狭い場所での移動などが難しく、車庫入れ
、駐車。

中寄せなどには熟練した運転操作が必要であった。

そこで、２次元面内の任意の方向へ任意の姿勢で移動す
る移ＢｕＪ体（たとえば・１輪操舵式車両）及び移Ｊす
１体の姿勢と移動方向、進行速度又は移動距離等を独立
に入力可能にしたハンｉ〜ルの開発が進められてきた。

さらに従来のハンドルは普通の自動車のハンドルの様に
、１自由度（回転自由度）の運転が可能で、移動体は自
動車の例で言うと、操舵軸の角度を変え、移動体自身が
回転（ヨー角の変化）する事により進行方向を変えるス
テアハンドルであった。また、加減速、旋回（等の運転
操作）や、路面の傾斜、路面の凹凸などといった外乱に
より、ピッチ、ロール等の姿勢は勝手に変化し、姿勢の
希望値を入力するための有効な手段は特になかった６そ
こで移動体の自由度として、直線運動、または回転運動
を考えた時に、移動体の重心の移動方向自由度、そして
姿勢に関する３個の回転自由度（ヨー、ピッチ、ロール
）のうち任意の２自由度を独立して入力するのに好適な
ハンドルの開発が進められてきた。

本発明の目的は、移動体を３次元内の任意の方向へ任意
の量移動させる３個の自由度、そして、移動体の姿勢に
関する３個の回転自由ｒ：′、（ヨー。

ピッチ、ロール）の計６自由度を独立して１つのハンド
ルで同時に入力できるハンドルを提供することにある。

本発明の他の目的は、２次元面における移動体の姿勢回
転運動と、重心の移動′Ｍ肋の制御に必要な姿勢と、重
心の進行方向と、進行速度又は移動距離等の希望値とを
１つのハンドルで同時に入力する事を可能にするステア
ハンドルを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、移動体の重心の移動方向自
由度、そして姿勢に関する３個の回転自由度（ピッチ、
ロール、ヨー）のうち任意の２自由度を独立して１つの
ハンドルで一同時に入力できるハンドルを提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

従来の３次元空間内を８動する移動体のハンドルは、３
個の回転自由度（ヨー角、ロール角、ピッチ角の変化）
しかなく、進行方向の変更や上昇下降に当っては、ヨー
角、ロール角、ピッチ角を変更させる事により、間接的
に行なってきた。

そこで本発明では、ハンドルの自由度を６個にし、移動
体の３次元内における重心の移動運動に関する３自由度
と、移動体の姿勢に関してヨー角。

ロール角、ピッチ角という３自由度の計６自由度に対応
させて、ハンドルを同時に独立して動かし、その動きの
程度で、前記移動体の６自由度に関する希望値を独立に
入力する事を可能にした。

また２本発明では、ハンドルの運動自由度として、従来
の回転自由度以外に２次元面内での移動の自由度を与え
る事により、一つのハンドルで移動体の重心の移動方向
と進行速度又は移動距離等と姿勢とを、簡単に入力する
事を可能とした。

さらに、従来の移動体のハンドルは、１個の回転自由度
（ヨー角の変化）しか持っておらず、外乱によってピッ
チ、ロール角等の姿勢は勝手に変化し、姿勢の希望値を
入力するための有効な手段は特になかったのにたいして
、本発明では第３図に示すように、ハンドルの回転自由
度をもう１個増やして２個にし、移動体の重心の移動方
向の自由度、そして移動体の姿勢に関してヨー角、ロー
ル角、ピッチ角に関する３個の回転自由度の中から２つ
の自由度に対応させて、ハンドルを同時に独立して動か
し、その動きの程度で前記移動体の２自由度に関する希
望値を独立に入力する事を可能にした。そして第３図（
ａ）に示すハンドルの特徴は、ハンドルの２つの回転の
回転軸がほぼ平行である事であり、移動体の進行方向と
ヨー角の希望値の入力を可能にしである。また第３図（
ｂ）に示すハンドルの特徴はハンドルの第２の回転軸が
第１の回転軸にほぼ直交しかつ一方の回転角が１８０°
以内である事であり、ロール角とピッチ角の希望値の入
力を可能にしである。また第３図（ｃ）に示すハンドル
の特徴は双方とも回転角が１８０°以内で、かつ双方の
９０°の方向をほぼ一致させた事であり、ロール角とピ
ッチ角の希望値の入力を可能にしである。

〔作用〕

上記構成により、多自由度の入力が可能になる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は本発明を適用する制御装置の概略説明図で、制
御装置は、ハンドル１、ハンドルのＸ軸方向への任意量
移動を可能にさせる機構２、ハンドルのｙ軸方向への任
意量移動を可能にさせる機ｖｔ３、ハンドルのＺ軸方向
への任意量移動を可能にさせる機構４、ハンドルのヨー
角方向の回転を可能にさせる機構５、ハンドルのロール
角方向の回転を可能にさせる機構６、ハンドルのピッチ
角方向の回転を可能にさせる機構７、また＋　２．３゜
４．５，６．７においてそれぞれ発生する自由度１の運
動１６，１７，１８，１９，２０，２１に関する位置、
速度、加速度のうち少なくとも１種類を検出する機構８
，９，１０．１王、１２゜１３、移動体運動の制御装置
１４．アクチュエータ１５から構成される。

ハンドル１の操作により、移動体の移動に関する３種類
の（ｘ　４ｍ方向、ｙ軸方向＋　ｚＩｌ１１方向）情報
と、移動体の回転に関する３種類の（ロール。

ピッチ、ヨー）情報の計６種類の情報を同時に独立して
入力する（三次元空間内で任意の方向に動かすと同時に
任意の方向のひねりを加える）と。

機構２，３，４，５，６．７の内部に運ｉａ（物理的状
態の変化）が生じ、入力情報はその運動に変換されて伝
達される。２，３，４，５，６．７で発生する運動はそ
れぞれが自由度１の運動］６゜１７．１８，１９，２０
．２１になる。運動１６゜１７．１８は直線運動、運動
１９，２０．２１は回転運動である。運動１６，１７，
１８，１９゜２０．２１はその１自由度運動に関する、
位置。

速度、加速度のうち少なくとも１種類を検出する機構８
，９，１．０，１１，１２，１．３　（たとえば。

一般に市販の位置、速度、加速庭土ンサ）により検出さ
れる。８，９，１０，１１，１２．１３による検出情報
２２，２３，２４，２５，２６゜２７は、移動体運動の
制御装置１４へ入力され、１４はそれらの情報を用いて
、移動体のＸ軸方向への移動に関する移動距離、速度、
加速度のうち少なくとも１種類の操作量、又は、移ｅ１
体のｙ軸方向への移動に関する移動距離、速度、加速度
のうち少なくとも１種類の操作量、又は、移動体のＺ軸
方向への移動に関する移動距雛、速度、加速度のうち少
なくとも１種類の操作量、又は、移動体のヨー角に関す
る回転角度１回転角速度２回転角加速度のうち少なくと
も１種類の操作量、又は。

移動体のロール角に関する回転角度９回転角速度。

回転角加速度のうち少なくとも１種項の操作量、又は、
移動体のピッチ角に関する回転角度、Ｕ転角速度９回転
角加速度のうち少なくとも１種類の操作量２８を決定し
くたとえば検出情報に比例した値にアクセル量（スロッ
トル角）や操舵角を求める）、アクチュエータ１５を用
いて移動体を制御する。

以下、本発明の他の実施例を第２図により説明する。第
２図は本発明を適用する制御装置の概略説明図で、制御
装置は、ハンドル１、ハンドルの回転を可能にさせろ回
転機構２、ハン１くルを２次元面内で任意の量で任意の
方向に移動させる移動機構３、回転機溝２において発生
する自由度１の運動】１に関する位置、速度、加速度の
うち少なくとも１種類をゆ出する検出機構４、移Ａ’Ｊ
Ｊ機構３において発生する自由度２の運動１２に関して
半径方向の位置、速度、加速度のうち少なくとも１種類
および円周方向の位置、速度、加速度のうち少なくとも
１種類を検出する検出機構５、移動体運動の制御装置６
、アクチュエータ７から構成される。

ハンドル１の操作により、移動体の回転（姿勢）と移動
体の２次元面内移動方向（重心の進行方向）および移動
距離又は進行速度等の希望値を、たとえばそれぞれハン
ドルの回転角と２次元面内の移動方向および移動量に対
応させて同時に独立して入力するとハンドルの回転を可
能にさせる回転機構２と、移動体を２次元面内の任；は
量だけ任意方向に移動させる移動機構３の内部に運！ｌ
！ｌＩ（物理的状態の変化）が生じ、入力情報はその運
動に変換されて伝達される。回転機構２で発生する２肋
は自由度］−の運動１１となり、移動機溝３で発生する
運！１Ｊ１１２は自由度２の運動となる。−自由度運動
１１はその一自由度浬動に関する。位置、速度。

加速度のうち、少なくとも１種類を映出する検出機構４
により検出され、二自由度運動１２はその二自由度運動
に関する半径方向および円周方向の位置、速度、加速度
のうち、それぞれ少なくとも１種類を検出する検出機構
５により検出され、検出機構４による検出情報１３と、
検出機構５による検出情報１４は移動体運動の制御装置
６へ入力され、制御装置６ではそれらの情報を用いて、
移動体の姿勢に関する回転角度２回転角速度９回転角加
速度のうち少なくとも１種類および移動体の移動方向に
関する角度、角速度、角加速度のうち少なくとも１種類
、および移動距離、速度、加速度のうち少なくとも１種
類に関する操作量１５を決定し、アクチュエータ７を用
いて移動体を制御する。

第２図における他の実施方式を以下に述べる。

制御装置は、ハンドル１、ハンドルの回転を可能にさせ
る回転機構２、ハンドルを２次元面内で所定の原点又は
原点から所定の半径の円周上の任意の位置に移動させる
移動機構３、回転機構２において発生する自由度１の運
動］１に関する位置。

速度、加速度のうち少なくとも１種類を検出する検出機
構４．移動機ｕｔ３において発生する自由度２の運動１
２に関して半径方向の位置速度のうち少なくとも１種類
および円周方向の位置、速度。

加速度のうち少なくとも１種類を検出する検出機構５、
移動体運動の制御装置６、アクチュエータ７から構成さ
れる。

ハンドル１の操作により、移動体の回転（姿勢）と移動
体の２次元面内移動方向（重心の進行方向）の希望値を
、たとえばそれぞれハンドルの回転角と２次元面内の移
動方向に対応させて同時に独立して入力する（ハンドル
１をつがんで任意方向に直線運動させるとともに回転さ
せる）とハンドルの回転を可能にさせる回転機構２と、
上記移動機構３の内部に運動（物理的状態の変化）が生
じ、入力情報はその運動に変換されて伝達される０回転
機構２で発生する運動は自由度１の運！！１１１１とな
り、移動機構３で発生する運動１２は自由度２の運動と
なる。−自由度運動１１はその１自由度運動に関する、
位置、速度、加速度のうち、少なくとも一種類を検出す
る検出機構４により検出され、二自由度１１１Ｊ１２は
その二自由度運動に関する半径方向の位置、速度のうち
少なくとも１種類および円周方向の位置、速度、加速度
のうち、少なくとも１種類を検出する検出機構５により
検出され、検出機構４による検出情報１３と、検出機＋
、Ｙｔ　５による検出情報１４は移動体運動の制御装置
６へ入力され、制御装置６はそれらの情報を用いて、移
動体の姿勢に関する回転角度２回転角速度。

回転角加速度のうち少なくとも１種類、および移動体の
移動方向に関する角度、角速度、角加速度のうち少なく
とも１種類に関する操作量１５を決定し、アクチュエー
タ７を用いて移動体を制御する。

最後に、本発明のさらに他の実施例を第４図により説明
する。第４図は本発明を適用する制御装置の概略説明図
で、制御装置は、ハンドル１、ハンドルの回転を可能に
させる回転機構２と３、該機構２と：３においてそれぞ
れ発生する自由度１の運動１１と１２に関する位置、速
度、加速度のうち少なくとも１種類を検出する検出機構
４と５、移動体運動の制御装置６、アクチュエータ７か
ら構成される。

ハンドル１の操作により、移動体の回転に関する２種類
の情報を同時に独立して入力する（ハンドルに任意のひ
ねりを加える）と、ハンドルの回転を可能にさせる回転
機構２と３の内部に運動（物理的状態の変化）が生じ、
入力情報はその運動に変換されて伝達される。回転Ｊａ
構２と３で発生する運動はそれぞれが自由度１の運動１
］と１２になる。運動１１と１２はその一自由度運動に
関する、位置、速度、加速度のうち少なくとも１種類を
検出する検出機構４と５により検出される。検出機構４
と５による検出情報１３と１４は。

移動体運動の制御表′ｃｉ６へ入力され、制御装置６は
それらの情報を用いて、移動体の姿勢に関する回転角度
９回転角速度２回転角加速度のうち少なくとも１種類に
関する操作量１５を決定し、アクチュエータ７を用いて
移動体を制御する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以下の効果がある。

（１）一つのハンドルで３次元内における移動体の重心
の移動運動に関する３個の自由度と、移動体の姿勢に関
する３回転自由度（ヨー、ロール。

ピッチ）の計６自由度に関する諸量を独立して同時に入
力できるので、従来のステアハンドルに比べると移動体
の制御が非常に楽になり、たとえば、乱気流、乱海流な
どたとえば航空機や潜水船が３次元空間内で、ある種の
外乱を８動体が受けたとしても、移動体を安定かつ正確
に制御できる。

（２）ハンドルの運動自由度として、従来の回転自由度
以外に２次元面内での移動の自由度を与える事により、
一つのハンドルで移動体の重心移動方向と姿勢と移動距
離又は速度等とを簡単に入力できるので、ハンドルの角
度を変えて移動体自身が回転する事により進行方向を変
えていた従来の操作に比べ、移動体の制御が非常に楽に
なるとともに、移動距離ないしは移動速度等をアクセル
ペタルやプレーキベタルを併用することなく調整するこ
とが可能となり、とくに本ハンドルを移動体から取り外
し可能にし遠隔操作ハンドルとしたものでは、車庫入り
１幅寄せ等が非常に楽になる。

（３）一つのハンドルで移動体の重心の移動方向の自由
度や、移動体の姿勢に関する３個の回転自由度（ヨー、
ピッチ、ロール）の中の２自由度を独立して同時に入力
できるので、従来のステアハンドルに比べると移動体の
制御が非常に楽になり、たとえば、加減速、旋回（等の
運転操作）や、路面の傾斜、路面の凹凸などといった外
乱を移動体が受けたとしても一１移動体を安定かつ正確
に制御できる。

【図面の簡単な説明】 第１図、第２図、第４図は本発明を適用する制御装置の
概略説明図、第３図は本発明で制御可能なハンドルの例
を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ハンドルと、ハンドルの回転を可能にさせる機構と
   からなるハンドルにおいて、ハンドルのｘ軸方向への任
   意量移動を可能にさせる機構と、ハンドルのｙ軸方向へ
   の任意量移動を可能にさせる機構と、ハンドルのｚ軸方
   向への任意量移動を可能にさせる機構と、ハンドルのヨ
   ー角方向の回転を可能にさせる機構と、ハンドルのロー
   ル角方向の回転を可能にさせる機構と、ハンドルのピッ
   チ角方向の回転を可能にさせる機構とにより、少なくと
   も移動体の３次元内における重心の移動運動の３個の自
   由度に関する３個の所定量の希望値と、移動体の３次元
   内における３個の回転自由度に関する３個の所定量の希
   望値とを同時に、独立して入力する事を可能としたこと
   を特徴とするハンドル制御方式。 ２、ハンドルと、ハンドルの回転を可能にさせる機構と
   からなるステアハンドルにおいて、ハンドルを２次元面
   内の任意方向に任意の量動かす機構と、回転に関して位
   置、速度、加速度のうち少なくとも１種類を検出する機
   構と、２次元面内における移動に関して半径方向の位置
   、速度、加速度のうち少なくとも１種類および円周方向
   の位置、速度、加速度のうち少なくとも１種類を検出す
   る機構とを備えた事を特徴とし、移動体の回転自由度に
   関する所定の量の希望値と、２次元面内における重心の
   移動運動の自由度に関する２つの所定量の希望値とを独
   立して入力する事を可能としたことを特徴とするハンド
   ル制御方式。 ３、ハンドルと、ハンドルの回転を可能にさせる機構と
   からなるステアハンドルにおいて、ハンドルを２次元面
   内の所定の原点又はその原点から所定の半径にある円周
   の任意の位置に動かす機構と、回転に関して位置、速度
   、加速度のうち少なくとも１種類を検出する機構と、２
   次元面内における移動に関して半径方向の位置、速度の
   うち少なくとも１種類および円周方向の位置、速度、加
   速度のうち少なくとも１種類を検出する機構とを備えた
   事を特徴とし、少なくとも、移動体の回転自由度に関す
   る所定の量の希望値と、２次元面内における重心の移動
   運動の自由度に関する所定量の希望値とを独立して入力
   する事を可能としたことを特徴とするハンドル制御方式
   。 ４、ハンドルと、ハンドルの回転を可能にさせる機構と
   からなるハンドルにおいて、ハンドルを面内の所定の半
   径の円周の任意の位置に動かす（回転させる）機構と、
   それぞれの回転に関して位置、速度、加速度のうち少な
   くとも１種類を検出する機構とを備え、かつ両回転の回
   転軸がほぼ平行である事を特徴とし、少なくとも移動体
   の回転自由度に関する所定の量の希望値と、面に沿つて
   の重心の移動運動の自由度に関する所定量の希望値とを
   独立して入力する事を特徴とするハンドル制御方式。 ５、上記ハンドルの第２の回転軸は第１の回転軸にほぼ
   直交し、かつ、一方の回転角が１８０°以内であり、少
   なくとも移動面に垂直な軸のまわりの移動体の回転自由
   度に関する所定の量の希望値と、移動面に平行な、少な
   くとも１つの軸のまわりの移動体の回転自由度に関する
   所定量の希望値とを独立して入力する事を可能としたこ
   とを特徴とする第４項のハンドル制御方式。 ６、上記回転軸は双方とも回転角が１８０°以内でかつ
   、双方の９０°の方向をほぼ一致させた事を特徴とし、
   少なくとも移動面と平行で、互いに交差する２軸のまわ
   りの移動体の回転自由度に関する所定の量の希望値を独
   立して入力する事を可能としたことを特徴とする第５項
   のハンドル制御方式。