JP2013033379A - リモートコントロール方法及びリモートコントロールシステム - Google Patents

Abstract

【課題】コスト高を招くことなく、目視できない状況下でも、移動体を直感的に操縦できるリモートコントロール方法及びリモートコントロールシステムを提供する。
【解決手段】移動体２０、は、常に操縦者ＨＭの視線方向（基準方向）と平行に、その前方を向けており、よって例えば視線方向に対して右に角度δの方向に進行したい場合、それに応じた操舵量だけ進行方向を操作する操縦装置のスティックを視線方向に対して右に角度δの方向に倒せばよい。
【選択図】図３

Description

本発明は、リモートコントロール方法及びリモートコントロールシステムに関し、例えば無線操縦による無線操縦飛行機、無線操縦船舶、無線操縦車両などの移動体を遠方から操縦するリモートコントロール方法及びリモートコントロールシステムに関する。

従来から趣味の分野或いは農薬散布・空撮等の実用分野で、無線操縦により、無線操縦飛行機、無線操縦船舶、無線操縦車両などの移動体を遠隔操作することがよく行われている。一例として無線操縦ヘリコプタを操縦する場合、地上にいる操縦者は無線操縦用の操縦装置を持ち、突き出たスティックを操作することで、空中を飛翔する無線飛行機を前後左右或いは上下に移動させることができる。

ところで、無線操縦ヘリコプタは、一般的には、操縦装置から突き出たスティックを前方に倒せば前進し、後方に倒せば後進し、左方に倒せば左進し、右方に倒せば右進する。つまり、無線操縦ヘリコプタを所望の方向に飛行させようとする操縦者は、その姿勢を常に把握する必要があるといえる。ところが、操縦者は地上から無線操縦ヘリコプタを目視しつつ操縦するために、無線操縦ヘリコプタが遠方へと飛行した場合や、低い雲などに無線操縦ヘリコプタが遮られて目視できなくなったような場合には、無線操縦ヘリコプタの姿勢が分からず、操縦不能となる恐れがある。又、無線操縦ヘリコプタの形状によっては前後左右が対称のものもあり、近距離でも進行方向前方を把握しにくいこともある。

これに対し特許文献１には、既存の無人無線操縦ヘリコプタの受信機とサーボモータの間に、マイクロコンピュータとＰＷＭ信号読取り回路とＰＷＭ信号生成回路とＰＷＭ信号切替回路と各種センサから構成される操縦支援装置を挿入することにより、操縦者の操作がある場合はそちらを優先し、通常通りにサーボモータを操作し、または操作量を目標値と解釈しそれに追従する制御を行い、操縦者の操作が無い場合には自動的に水平を維持し、かつあらかじめ指定された方位と高度を維持することで、空撮などの作業実行時の操縦を支援する技術が開示されている。

特開２００９−９６３６９号公報

しかるに、特許文献１の技術では、各種のセンサを用いて、指定された方位や高度を維持するために演算を行う回路が必要となるが、演算に時間がかかると共に、コスト高を招くという問題がある。特に、無線操縦ヘリコプタ等の場合、墜落や衝突などにより破損する恐れがあることを考慮すると、高価なセンサやＣＰＵ等は極力搭載しないことが望ましいと言える。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、コスト高を招くことなく、目視できない状況下でも、移動体を直感的に操縦できるリモートコントロール方法及びリモートコントロールシステムを提供することを目的とする。

請求項１に記載のリモートコントロール方法は、操縦者が操作可能な操縦装置を用いて、操縦者から離れて任意の方向に移動する移動体を、前記操縦装置から送信される操縦信号により制御するリモートコントロール方法において、
前記操縦装置は、前記操縦装置の向きを検出する第１方位検出センサと、前記第１方位検出センサにより検出された前記操縦装置の向きに対応する方位信号と、前記操縦信号とを送信する第１通信手段とを有し、前記移動体は、前記方位信号と前記操縦信号を受信する第２通信手段と、前記移動体の向きを検出する第２方位検出センサとを有し、
前記移動体が前記方位信号と前記操縦信号とを受信したときは、前記操縦装置の向きと前記操縦信号とを基準とし、前記第２方位検出センサで検出された向きを用いて、前記移動体の移動方向を決定することを特徴とする。

本発明によれば、前記操縦装置が、前記操縦装置の向きを検出する第１方位検出センサと、前記第１方位検出センサにより検出された前記操縦装置の向きに対応する方位信号と、前記操縦信号とを送信する第１通信手段とを有し、前記移動体が、前記方位信号と前記操縦信号を受信する第２通信手段と、前記移動体の向きを検出する第２方位検出センサとを有し、前記移動体が前記方位信号と前記操縦信号とを受信したときは、前記操縦装置の向きと前記操縦信号とを基準とし、前記第２方位検出センサで検出された向きを用いて、前記移動体の移動方向を決定するので、低コストでシンプルな構成でありながら、操縦者が前記移動体を目視しにくい状況であっても、あたかも操縦者が前記移動体に乗っているような感覚で、前記移動体の向きを把握でき、操縦を直感的に行うことができる。

請求項２に記載のリモートコントロール方法は、請求項１に記載の発明において、前記操縦装置は、前記第１方位検出センサであり所定の３次元座標系における前記操縦装置の位置を検出する第１位置検出手段と、前記操縦装置を目標物に向けて前記目標物までの距離を測定する測距手段と、測距時の前記操縦装置の姿勢を検出する姿勢検出手段を有し、前記移動体は、前記第２方位検出センサであり前記所定の３次元座標系における前記移動体の位置を検出する第２位置検出手段を有し、前記第１位置検出手段による検出結果と、前記姿勢検出手段による検出結果と、前記測距手段による測距結果と、に基づいて、前記所定の３次元座標系における前記目標物の位置を求める目標位置算出手段が、前記操縦装置又は前記移動体に備えられ、前記操縦装置を特定の目標物に向けて、前記測距手段により前記操縦装置から前記特定の目標物までの距離を検出した場合において、前記移動体の第２通信手段が、前記操縦装置の第１通信手段を介して前記操縦信号を受信したときは、前記第２位置検出手段による検出結果と、前記目標位置算出手段による算出結果と、に基づいて、前記移動体から前記特定の目標物までの方向と距離が決定されることを特徴とする。これにより、前記操縦装置から特定の目標物を定めて距離信号を出力することで、操縦者が正確に操縦することなく、前記移動体を前記特定の目標物に向けて移動させることができる。

請求項３に記載のリモートコントロール方法は、請求項１又は２に記載の発明において、前記移動体が、前記移動体の移動方向に存在する障害物の存否を検出する障害物検出装置を有し、前記操縦装置が、前記操作者に警告する警告装置を有し、前記障害物検出装置が障害物を検出したときは、前記第２通信手段を介して障害物検出信号を発信し、前記操縦装置は、前記障害物検出信号を前記第１通信手段を介して受信したときは、前記警告装置により警告を発することを特徴とする。これにより、操縦者が障害物を目視不可能な状況でも、あたかも操縦者が前記移動体に乗っているような感覚で、移動体が障害物に向かっていることを把握でき、静止などの措置をとれる。

請求項４に記載のリモートコントロール方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記移動体が、回転翼を有する無線飛行体、または無線自動車であることを特徴とする。

請求項５に記載のリモートコントロールシステムは、操縦者が操作可能な操縦装置と、前記操縦装置から送信される操縦信号により制御され、操縦者から離れて移動する移動体とを有するリモートコントロールシステムにおいて、
前記操縦装置は、前記操縦装置の向きを検出する第１方位検出センサと、前記第１方位検出センサにより検出された前記操縦装置の向きに対応する方位信号と、前記操縦信号とを送信する第１通信手段とを有し、
前記移動体は、前記方位信号と前記操縦信号を受信する第２通信手段と、前記移動体の向きを検出する第２方位検出センサとを有し、
前記移動体は、前記第２通信手段を介して前記方位信号と前記操縦信号とを受信したときは、前記操縦装置の向きと前記操縦信号とを基準とし、前記第２方位検出センサで検出された向きを用いて、前記移動体の移動方向を決定することを特徴とする。

本発明によれば、前記操縦装置が、前記操縦装置の向きを検出する第１方位検出センサと、前記第１方位検出センサにより検出された前記操縦装置の向きに対応する方位信号と、前記操縦信号とを送信する第１通信手段とを有し、前記移動体が、前記方位信号と前記操縦信号を受信する第２通信手段と、前記移動体の向きを検出する第２方位検出センサとを有し、前記移動体が前記方位信号と前記操縦信号とを受信したときは、前記操縦装置の向きと前記操縦信号とを基準とし、前記第２方位検出センサで検出された向きを用いて、前記移動体の移動方向を決定するので、低コストでシンプルな構成でありながら、操縦者が前記移動体を目視しにくい状況であっても、あたかも操縦者が前記移動体に乗っているような感覚で、前記移動体の向きを把握でき、操縦を直感的に行うことができる。

請求項６に記載のリモートコントロールシステムは、請求項５に記載の発明において、前記操縦装置は、前記第１方位検出センサであり所定の３次元座標系における前記操縦装置の位置を検出する第１位置検出手段と、前記操縦装置を目標物に向けて前記目標物までの距離を測定する測距手段と、測距時の前記操縦装置の姿勢を検出する姿勢検出手段を有し、前記移動体は、前記第２方位検出センサであり前記所定の３次元座標系における前記移動体の位置を検出する第２位置検出手段を有し、前記第１位置検出手段による検出結果と、前記姿勢検出手段による検出結果と、前記測距手段による測距結果と、に基づいて、前記所定の３次元座標系における前記目標物の位置を求める目標位置算出手段が、前記操縦装置又は前記移動体に備えられ、前記操縦装置を特定の目標物に向けて、前記測距手段により前記操縦装置から前記特定の目標物までの距離を検出した場合において、前記移動体の第２通信手段が、前記操縦装置の第１通信手段を介して前記操縦信号を受信したときは、前記第２位置検出手段による検出結果と、前記目標位置算出手段による算出結果と、に基づいて、前記移動体から前記特定の目標物までの方向と距離が決定されることを特徴とする。これにより、これにより、前記操縦装置から特定の目標物を定めて距離信号を出力することで、操縦者が正確に操縦することなく、前記移動体を前記特定の目標物に向けて移動させることができる。

請求項７に記載のリモートコントロールシステムは、請求項５又は６に記載の発明において、前記移動体が、前記移動体の移動方向に存在する障害物の存否を検出する障害物検出装置を有し、前記操縦装置が、前記操作者に警告する警告装置を有し、前記障害物検出装置が障害物を検出したときは、前記第２通信手段を介して障害物検出信号を発信し、前記操縦装置は、前記障害物検出信号を前記第１通信手段を介して受信したときは、前記警告装置により警告を発することを特徴とする。これにより、操縦者が障害物を目視不可能な状況でも、あたかも操縦者が前記移動体に乗っているような感覚で、移動体が障害物に向かっていることを把握でき、静止などの措置をとれる。

請求項８に記載のリモートコントロールシステムは、請求項５〜７のいずれかに記載の発明において、前記移動体が、回転翼を有する無線飛行体、または無線自動車であることを特徴とする。

本明細書で、GNSS装置（Global Navigation Satellite System；全地球航法衛星システムを意味する）というときは、ＧＰＳ装置を含む概念であり、又、それに限られることなく、例えば衛星からの電波が届かない場所で、地上などに据え付けた発信器からGPS信号を発射してGPSと同等の測位機能を実現する装置等を用いても良い。

方位検出センサとは、少なくとも操縦装置や移動体の方位を測定できる機能を有する装置であり、磁気コンパス、ジャイロコンパスなど種々のものを用いることができる。測位装置とは、例えば、基準基地からの無線あるいは、衛星からの電波を利用して、あるいは、無線ＬＡＮで、少なくとも操縦装置や移動体の緯度、経度、高度、方位を測ることができる機能を有する装置であって、ＧＰＳ装置等も含む。方位検出センサや測位装置は、操縦装置や移動体に配置されるタイプのものと、操縦装置や移動体とは別体で、無線（光を含む）で、操縦装置や移動体と交信して、操縦装置や移動体の位置、方位を測定するタイプのものとを含む。測距装置とは、音波、レーザ光等を用いて、測定対象物までの距離を測定するものをいう。ＧＰＳ装置とは、衛星からの電波を受信し、前記衛星の位置を利用して、該装置の、少なくとも位置と方位を測定する能力を有する装置である。制御回路とは、コンピュータなどであって、方向（高さも含む）や相対位置を計算するソフトを備えたものである。障害物測定装置とは、音波、レーザ光を進行方向に投射して、その反射態様により障害物を判別するものである。移動体とは、無線飛行機、無線ヘリコプタのような無線回転翼飛行体、無線飛行船、無線潜水艇、無線客船、無線自動車、無線ロボット等、無線を使って、操作者の操作に従った制御をしながら操作者の望みの方向に望みの速さで移動するものである。移動体の駆動源は、駆動車輪（モータ駆動）、プロペラ、スクリュー、ジェットエンジン、リニアモータ等、回転方向、回転速度を無線制御されるモータを利用して、あるいは、推進力を直に利用して進行するもの全てである。リモートコントロールは無線でも良いし、有線でも良い。

本発明によれば、コスト高を招くことなく、目視できない状況下でも、移動体を直感的に操縦できるリモートコントロール方法及びリモートコントロールシステムを提供することができる。

第１の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの操縦装置１０の概略図である。 第１の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの移動体としての自動車２０の概略図である。 リモートコントロール方法又はシステムの動作を示す図である。 リモートコントロール方法又はシステムの自動方向付け制御動作を示すフローチャートである。 第１の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの変形例における制御動作を示すフローチャートである。 第２の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの移動体としての４枚羽根ヘリコプタ３０の上面図である。 ４枚羽根ヘリコプタ３０の制御関係の装置を示す概略図である。 本実施の形態にかかるリモートコントロール方法又はシステムの動作を示す図である。 リモートコントロール方法又はシステムの自動姿勢制御動作を示すフローチャートである。 第２の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの変形例における制御動作を示すフローチャートである。 第３の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの操縦装置１０’の概略図である。 第３の実施の形態にかかる４枚羽根ヘリコプタ３０’の制御関係の装置を示す概略図である。 リモートコントロールシステムの自動飛行制御動作を示す図である。 リモートコントロールシステムの自動飛行制御動作を示すフローチャートである。

（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの操縦装置１０の概略図である。図１において、操縦装置１０は、移動体としての自動車（無線自動車）２０を操縦するために用いられるものであり、通常のラジコン操縦装置のような外観、大きさである。具体的に説明すると、操縦装置１０は、前後進を行わせるための操作部材である第１スティック１１と、左右の操舵を行わせるための操舵部材である第２スティック１２と、第１スティック１１と第２スティック１２の操作量を独立して検出する操作量検出手段１３と、操縦装置１０の向き（例えば、磁北Ｎに対する操縦装置１０の筐体に付したマーク１８の向いた方向の相対角）を検出する、小型の磁気センサ、加速度計、ジャイロ等で構成された第１方位検出センサ１４と、アンテナ１７を含む送信手段１５と、これらを制御する制御装置１６を有している。尚、図示していないが、以上の他に各部に給電するためのバッテリー等も有する。操縦装置１０からの制御情報（信号）は、送信手段１５から、第１方位検出センサ１４の測定結果とともに操作対象となる自動車２０に送信することができる。

図２は、第１の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの移動体としての自動車２０の概略図である。図２において、自動車２０は、動力用モータ２１と、動力用モータ２１により駆動される駆動輪２２，２２と、ステアリングサーボ機構２３と、ステアリングサーボ機構２３により操舵される操舵輪２４，２４と、自動車２０の前方の向き（例えば、磁北Ｎに対する前方の向きの相対角）を検出する、操縦装置１０と同様な磁気センサ、加速度計、ジャイロ等で構成することができる第２方位検出センサ２５と、アンテナ２６を含む受信手段２７と、これらを制御する制御回路２８を有している。受信手段２７は、操縦装置１０からの制御情報、及び第１方位検出センサ１４の測定結果を受信できる。尚、駆動輪２２，２２の駆動は、内燃機関によるものであってもかまわない。

図３は、リモートコントロール方法又はシステムの動作を示す図である。まず、操縦装置１０を用いて自動車２０を操縦する場合、操縦者ＨＭが操縦装置１０の第１スティック１１と第２スティック１２を操作すると、その操作量を操作量検出手段１３が検出し、制御装置１６の制御に従い、送信手段１５が操作量に対応する信号（操縦信号）を、アンテナ１７を介して送信する。より具体的には、前後方向のみ操作可能となっている第１スティック１１を、前に倒せばその傾きに応じた速度で自動車２０を前進させ、後ろに倒せばその傾きに応じた速度で自動車２０を後退させるような信号を発生する。一方、左右方向のみ操作可能となっている第２スティック１２を、左に倒せばその傾きに応じた角度で自動車２０の操舵輪が左方を向き、第２スティック１２を右に倒せばその傾きに応じた角度で自動車２０の操舵輪が右方を向くような信号を発生させる。

操縦装置１０からの送信に応じ、自動車２０側ではアンテナ２６を介して、受信手段２７が送信された操作量に対応する信号を受信し、これを受けた制御回路２８が、動力用モータ２１を介して駆動輪２２，２２を駆動して前進又は後進を行わせ、或いはステアリングサーボ機構２３を介して操舵輪２４，２４を操舵するようになっている。これにより、操縦者ＨＭは、あたかも自動車２０に乗っているような感覚で、所望の位置に自動車２０を移動させることができる。尚、図示していないが、自動車２０は、その進行方向にある障害物を検知する障害物検出手段（超音波センサ等）を有し、かかる障害物検出手段が障害物を検出したときは、検出信号を無線を通じて操縦装置１０に発信し、これを受信した操縦装置１０がブザー音やライトの点滅など警報を発するようになっている。

図４は、リモートコントロール方法又はシステムの自動方向付け制御動作を示すフローチャートである。ここでは、操縦者ＨＭの視線方向を、操縦装置１０の向き（基準方向とする）に合わせているものとする。自動方向付け制御動作設定時には、例えば不図示のランプやブザーにより、これを操縦者ＨＭに知らせることができる。まず、操縦者ＨＭが第１スティック１１を中立位置（前進も後進もしない位置）に戻すと、自動車２０が静止して自動方向付け制御モードがスタートする。自動方向付け制御モードがスタートすると、図４のステップＳ１０１において、第１方位検出センサ１４が、磁北Ｎに対する操縦装置１０の向き（方位角γ）を計測する。次に、ステップＳ１０２において、操縦装置１０側から計測した方位角γに対応する信号を送信する。

一方、自動車２０側では、ステップＳ１０３で、送信された操縦装置１０の方位角γに対応する信号を受信し、これに応じて、ステップＳ１０４で、第２方位検出センサ２５が、磁北Ｎに対する自動車２０の向き（方位角γ’）を計測する。その後、ステップＳ１０５で、制御回路２８は、操縦装置１０の方位角γと自動車２０の方位角γ’が一致するか否か判断する。ここで、操縦装置１０の方位角γと自動車２０の方位角γ’が一致していると判断すれば、ステップＳ１０６へと移行し、制御回路２８は、その場で待機するように動力用モータ２１に指令を出す。

これに対し、操縦装置１０の方位角γと自動車２０の方位角γ’が一致してなかった場合、ステップＳ１０７へと移行し、制御回路２８は、方位角γ’が一致するように自動車２０を移動させる。具体的には、ステアリングサーボ機構２３を介して操舵輪２４，２４を右もしくは左に一杯に操舵すると共に、当該操舵輪の角度により描かれる駆動輪の軌跡に沿って、駆動輪を何回転させると方位角γ’＝γになるかを計算し、それに対応した回転数で動力用モータ２１を回転駆動して、駆動輪２２，２２を前進又は後退するように回転させると共に、ステップＳ１０４で、第２方位検出センサ２５が、磁北Ｎに対する自動車２０の向き（方位角γ’）を計測する。その後、ステップＳ１０５で、制御回路２８は、操縦装置１０の方位角γと自動車２０の方位角γ’が一致する（或いは両者の差が閾値以下となる）か否か判断する。上述の計算や判断は操縦装置１０側で行っても良い。方位角が一致していなければ、一致するまでステップＳ１０７，Ｓ１０４，Ｓ１０５のフローを繰り返すこととなるが、一致した時点で、ステップＳ１０６に移行して自動車２０が静止して待機状態に入る。このとき、自動車２０が待機状態に入ったことを無線にて操縦装置１０に送信し、不図示のランプの点灯ブザー等で操縦者ＨＭに知らせることができる。

待機状態では、自動車２０は、常に操縦者ＨＭの視線方向（基準方向）と平行に、その前方を向けており、よって例えば視線方向に対して右に角度δの方向に進行したい場合、それに応じた操舵量だけ第２スティック１２を倒すと共に、第１スティック１１を前方に倒せば良いこととなる。これにより、自動車２０が操縦者ＨＭより遠方の位置にあり視認しづらい場合でも、自動車２０の前後方向を推定できるから、或る程度操縦者ＨＭの意図通りの操縦を行うことができる。更には、例えばＵＦＯ形の自動車の場合には前後左右が対称形状となるため、近距離でも進行方向を把握できないから、特に本発明の効果がある。スティック操作で自動車２０を追いかける必要もない。又、自動車２０が全く視認できない状況になった場合でも、第１スティック１１を前方又は後方に倒せば、自動車２０は操縦者ＨＭから視認できる位置に現れることとなり、使い勝手がよい。

図５は、第１の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの変形例における制御動作を示すフローチャートである。この変形例では、自動方向付け制御モードの設定はなく、自動車２０が操縦装置１０の向きを基準方向と認識して、それに対して進行方向を決めるようにする。かかる制御動作時も、不図示のランプの点灯ブザー等で操縦者ＨＭに知らせることができる。ここで、操縦者ＨＭの視線方向を、操縦装置１０の向きに合わせているものとする。まず、図５のステップＳ２０１において、第１方位検出センサ１４が、磁北Ｎに対する操縦装置１０の向き（方位角γ）を計測する。次に、ステップＳ２０２において、操縦者ＨＭが、例えば視線方向から角度γだけ右方向を進行方向と定めて、第１スティック１１及び第２スティック１２を操作すると、ステップＳ２０３で、その操作量と計測した方位角γに対応する信号を操縦装置１０側から送信する。

一方、自動車２０側では、ステップＳ２０４で、送信された操作量と操縦装置１０の方位角γに対応する信号を受信し、これに応じて、ステップＳ２０５で、第２方位検出センサ２５が、磁北Ｎに対する自動車２０の向き（方位角γ’）を計測する。その後、ステップＳ２０６で、制御回路２８は、操縦装置１０の方位角γと自動車２０の方位角γ’の差分を演算し、ステップＳ２０７で、演算した差分を送信された操作量に合成する（操作量を加算もしくは減算する）。尚、方位角の差分の演算は、操縦装置１０側で行っても良い。更にステップ２０８で、合成された操作量にて、制御回路２８は、動力用モータ２１及びステアリングサーボ機構２３に指令を出す。これにより、あたかも操縦者が自動車２０に乗っているような感覚で、現在の自動車２０の方向に関わらず、所望の方向に前進もしくは後退させることができる。

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの移動体としての４枚羽根ヘリコプタ（無線飛行体）３０の上面図である。図６において、中央の筐体３０ａから９０度間隔で水平に４本のアーム３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅが突き出しており、その末端には、図６で時計回りの順序でモータ３１Ａ〜３１Ｄが、それぞれ紙片垂直方向に回転軸を向けて固定されている。モータ３１Ａ〜３１Ｄの回転軸には、同一形状の羽根３２Ａ〜３２Ｄが取り付けられている。筐体３０ａの下面には、スキッド３０ｆが取り付けられている。

図７は、４枚羽根ヘリコプタ３０の制御関係の装置を示す概略図である。４枚羽根ヘリコプタ３０は、モータ３１Ａ〜３１Ｄと、モータ３１Ａ〜３１Ｄにより駆動される羽根３２Ａ〜３２Ｄと、モータ３１Ａ〜３１Ｄ駆動用のバッテリ３３と、４枚羽根ヘリコプタ３０の前方の向き（例えば、磁北Ｎに対する前方の向きの相対角）及び３軸の姿勢を検出する、操縦装置１０と同様な磁気センサ、加速度計、ジャイロ等で構成することができる第２方位検出センサ３４と、アンテナ３６を含む受信手段３５と、これらを制御する制御回路３７を有している。これ以外に、飛行高さを計測する気圧計を備えていても良い。４枚羽根ヘリコプタ３０の姿勢は、それぞれ直交する３軸座標系（３次元座標系）からの傾きによって求められるものである。例えば、水平面であって東向きをＸ軸、水平面であって北向きをＹ軸、鉛直上向きをＺ軸、とした３軸座標系の場合で説明すると、それぞれの座標軸からの傾き、すなわち、Ｘ軸回りの回転角であるピッチ、Ｙ軸回りの回転角であるロール、Ｚ軸回りの回転角であるヨー、とする３つの要素から決定されるのが姿勢である。なお一般的には、ピッチはω（オメガ）で、ロールはφ（ファイ）、ヨーはκ（カッパ）で表わされる。

姿勢の計測に当たっては、通常、慣性航法装置が用いられ、代表的なものとして、加速度計やジャイロ、電子コンパス、あるいはこれらを利用したＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）などが例示できる。もちろん、姿勢計測の手段としては、ここで例示したものに限らず、従来から利用されている手段を用いることができることは言うまでもない。

受信手段３５は、操縦装置１０からの制御情報、及び第１方位検出センサ１４の測定結果を受信できる。尚、羽根３２Ａ〜３２Ｄの駆動は、内燃機関によるものであってもかまわない。４枚羽根ヘリコプタ３０は、前後左右対称形で外見上は識別が困難であるが、移動方向には前後左右の区別がある。4枚の羽根の回転数を独立して制御することにより、上昇下降、回転、前後左右の移動が可能である。

本実施の形態で用いる操縦装置１０は、上述した実施の形態で示した操縦装置１０（図１参照）を用いることができる。但し、第１スティック１１は、前後左右の４方向に倒れるようになっており、これを前方に倒すと進行方向後側のモータの回転速度が増大することで、４枚羽根ヘリコプタ３０が前方に向かって傾き、それにより前進することとなる。同様に、第１スティック１１を後方に倒すと後進し、左方に倒すと左進し、右方に倒すと右進する。又、各モータの回転速度を調整することで、空中に静止した状態で回転もできる。一方、第２スティック１２は、前後の２方向に倒れるようになっており、前方に倒すと４枚羽根ヘリコプタ３０は上昇し、後方に倒すと下降するようになっている。但し、第１方位検出センサ１４は、操縦装置１０の上述した３軸座標系における姿勢を検出する姿勢検出手段である。

図８は、本実施の形態にかかるリモートコントロール方法又はシステムの動作を示す図である。まず、操縦装置１０を用いて４枚羽根ヘリコプタ３０を操縦する場合、操縦者ＨＭが操縦装置１０の第１スティック１１と第２スティック１２を操作すると、その操作量を操作量検出手段１３が検出し、制御装置１６の制御に従い、送信手段１５が操作量に対応する信号（操縦信号）を、アンテナ１７を介して送信する。すると、４枚羽根ヘリコプタ３０側ではアンテナ３６を介して、受信手段３５が、送信された操作量に対応する信号を受信し、これを受けた制御回路３７が、モータ３１Ａ〜３１Ｄを介して羽根３２Ａ〜３２Ｄを独立して駆動し、所望の高さに上昇し、又所望の方向に進行するようになる。尚、図示していないが、４枚羽根ヘリコプタ３０は、その進行方向にある障害物を検知する障害物検出手段（超音波センサ等）を有し、かかる障害物検出手段が障害物を検出したときは、検出信号を無線を通じて操縦装置１０に発信し、これを受信した操縦装置１０がブザー音やライトの点滅など警報を発するようになっている。又、操縦装置１０から送信された姿勢に対応する信号に基づいて、４枚羽根ヘリコプタ３０のいずれかの羽根の回転速度を変更することで、その姿勢を操縦装置１０の姿勢に合わせる（決定する）こともできる。

図９は、リモートコントロール方法又はシステムの自動姿勢制御動作を示すフローチャートである。ここでは、操縦者ＨＭの視線方向を、操縦装置１０の向きに合わせているものとする。又、４枚羽根ヘリコプタ３０は、離陸後、着陸までの任意の地点を飛行しているものとする。まず、操縦者ＨＭが第１スティック１１を中立位置（空中に静止した状態）に戻すと、４枚羽根ヘリコプタ３０は空中に静止して自動姿勢制御モードがスタートする。自動姿勢制御モードがスタートすると、図９のステップＳ３０１において、第１方位検出センサ１４が、磁北Ｎに対する操縦装置１０の向き（方位角γ）を計測する。次に、ステップＳ３０２において、操縦装置１０側から計測した方位角γに対応する信号を送信する。

一方、４枚羽根ヘリコプタ３０側では、ステップＳ３０３で、送信された操縦装置１０の方位角γに対応する信号を受信し、これに応じて、ステップＳ３０４で、第２方位検出センサ３４が、磁北Ｎに対する４枚羽根ヘリコプタ３０の向き（方位角γ’）及び姿勢を計測する。その後、ステップＳ３０５で、制御回路３７は、操縦装置１０の方位角γと４枚羽根ヘリコプタ３０の方位角γ’が一致する（或いは両者の差が閾値以下となる）か否か判断する。判断は、操縦装置１０側で行っても良い。ここで、操縦装置１０の方位角γと４枚羽根ヘリコプタ３０の方位角γ’が一致している（或いは両者の差が閾値以下となる）と判断すれば、ステップＳ３０６へと移行し、制御回路３７は、４枚羽根ヘリコプタ３０が回転中と判断すれば、ステップＳ３０８で回転を中止する一方、４枚羽根ヘリコプタ３０が回転していないと判断すれば、ステップＳ３０７で、その場で待機するためにモータ３１Ａ〜３１Ｄに現在の回転速度を維持するよう指令を出す。

これに対し、操縦装置１０の方位角γと４枚羽根ヘリコプタ３０の方位角γ’が一致してなかった（或いは両者の差が閾値を超えていた）場合、ステップＳ３０９へと移行し、制御回路３７は、方位角γ’が一致する（或いは両者の差が閾値以下となる）ように４枚羽根ヘリコプタ３０を（例えば図９で矢印方向に）回転させるべくモータ３１Ａ〜３１Ｄに指令を出す。これに応じて、ステップＳ３０４で、第２方位検出センサ２５が、磁北Ｎに対する４枚羽根ヘリコプタ３０の向き（方位角γ’）を計測する。その後、ステップＳ３０５で、制御回路３７は、操縦装置１０の方位角γと４枚羽根ヘリコプタ３０の方位角γ’が一致する（或いは両者の差が閾値以下となる）か否か判断する。この判断は操縦装置１０側で行っても良い。方位角が一致していなけれ（或いは両者の差が閾値以下でなけれ）ば、一致するまでステップＳ３０９，Ｓ３０４，Ｓ３０５のフローを繰り返すこととなるが、一致した（或いは両者の差が閾値以下となった）時点で、ステップＳ３０８で回転を中止し、ステップＳ３０７に移行して４枚羽根ヘリコプタ３０が空中で静止して待機状態に入る。このとき、４枚羽根ヘリコプタ３０が待機状態に入ったことを無線にて操縦装置１０に送信し、不図示のランプの点灯ブザー等で操縦者ＨＭに知らせることができる。

待機状態では、４枚羽根ヘリコプタ３０は、常に操縦者ＨＭの視線方向（基準方向）と平行に、その前方を向けており、よって例えば視線方向に対して右に角度δの方向に進行したい場合、それに応じた操舵量だけ第１スティック１１を倒せば良いこととなる。これにより、４枚羽根ヘリコプタ３０の飛行高度が高く操縦者ＨＭより視認しずらい場合でも、あたかも４枚羽根ヘリコプタ３０に乗っているような感覚で、４枚羽根ヘリコプタ３０の向きや姿勢を把握でき、それにより操縦者ＨＭの意図通りの操縦を行うことができる。特に、４枚羽根ヘリコプタ３０は前後左右に対称的な形状を有すため、遠方からは勿論、近距離であっても前後左右方向を識別するのが難しいが、第１スティック１１を前方又は後方に倒せば、待機状態にある４枚羽根ヘリコプタ３０は操縦者ＨＭの視線方向に沿って必ず前進又は後退することとなり、４枚羽根ヘリコプタ３０の前後左右を考えることなく操縦でき、ストレスを感じにくい。尚、レーザ等を用いて障害物を検知する公知の機構を装備することで、４枚羽根ヘリコプタ３０が自ら障害物を避けるように飛行できる。

図１０は、第２の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの変形例における制御動作を示すフローチャートである。この変形例では、自動姿勢制御モードの設定はなく、４枚羽根ヘリコプタ３０が操縦装置１０の向きを基準方向と認識して、それに対して進行方向を決めるようにする。ここで、操縦者ＨＭの視線方向を、操縦装置１０の向きに合わせているものとする。まず、図１０のステップＳ４０１において、第１方位検出センサ１４が、磁北Ｎに対する操縦装置１０の向き（方位角γ）を計測する。次に、ステップＳ４０２において、操縦者ＨＭが、例えば視線方向から角度γだけ右方向を進行方向と定めて、第１スティック１１を操作すると、ステップＳ４０３で、その操作量と計測した方位角γに対応する信号を操縦装置１０側から送信する。

一方、４枚羽根ヘリコプタ３０側では、ステップＳ４０４で、送信された操作量と操縦装置１０の方位角γに対応する信号を受信し、これと並行して、ステップＳ４０５で、第２方位検出センサ２５が、磁北Ｎに対する４枚羽根ヘリコプタ３０の向き（方位角γ’）及び姿勢を計測する。その後、ステップＳ４０６で、制御回路３７は、操縦装置１０の方位角γと４枚羽根ヘリコプタ３０の方位角γ’の差分を演算し、ステップＳ４０７で、演算した差分を送信された操作量に合成する。更にステップ４０８で、合成された操作量にて、制御回路３７は、モータ３１Ａ〜３１Ｄに指令を出す。これにより、あたかも操縦者が４枚羽根ヘリコプタ３０に乗っているような感覚で、現在の４枚羽根ヘリコプタ３０の方向に関わらず、所望の速度で所望の方向に進行させることができる。

（第３の実施の形態）
図１１は、第３の実施の形態にかかるリモートコントロールシステムの操縦装置１０’の概略図である。図１２は、第３の実施の形態にかかる４枚羽根ヘリコプタ３０’の制御関係の装置を示す概略図である。図１１において、操縦装置１０’は、上述の実施の形態に加え（或いは代えて）、さらに、第１位置検出手段として、上述した３軸座標系における操縦装置の位置を計測するための測位装置４１（GPSなどのGNSS受信装置）や高さ方向の位置を精度良く検出するための気圧計４２を備えている。これにより、磁北Ｎを基準方向とした方位角の計測に加えて任意の時点の操縦装置の3次元位置を計測することができる。操縦装置１０’は、更にレーザ測距装置など、測距手段として操縦装置１０’と任意の目標物間の距離を計測する測距機構４３を有する。又、操縦装置１０’の制御部１６は、操縦装置１０’の姿勢を検出する姿勢検出手段を有する。操縦装置１０’の姿勢は、それぞれ直交する３軸座標系（３次元座標系）からの傾きによって求められるものである。例えば、水平面であって東向きをＸ軸、水平面であって北向きをＹ軸、鉛直上向きをＺ軸、とした３軸座標系の場合で説明すると、それぞれの座標軸からの傾き、すなわち、Ｘ軸回りの回転角（方向角）、Ｙ軸回りの回転角（方向角）、Ｚ軸回りの回転角（方向角）、とする３つの要素から決定されるのが姿勢である。代表的なものとして、加速度計や電子コンパス、あるいはこれらを利用したＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）などが例示できる。もちろん、姿勢計測の手段としては、ここで例示したものに限らず、従来から利用されている手段を用いることができることは言うまでもない。一方、４枚羽根ヘリコプタ３０’は、上述の実施の形態に加え（或いは代えて）、第２位置検出手段として、上述した３軸座標系における４枚羽根ヘリコプタ３０’の位置を計測するための測位装置５１（GPSなどのGNSS受信装置）を備えている。

第３の実施の形態では、操縦者ＨＭが定めた目標物に対して４枚羽根ヘリコプタ３０’を飛行させる自動飛行制御を行わせることができる。通常の操縦から測距機能を活用した自動飛行制御への切り替えは、操縦モードの切り替えスイッチ（不図示）を設けることで実現できる。

図１３は、リモートコントロールシステムの自動飛行制御動作を示す図である。図１４は、リモートコントロールシステムの自動飛行制御動作を示すフローチャートである。図１３に示すように、４枚羽根ヘリコプタ３０’を近づけたい任意の目標物ＴＧに正対するように操縦者ＨＭが立ち、その視線方向に操縦装置１０’を向ける。この時点で、図１４のステップＳ５０１にて、測位装置４１により操縦装置１０’の位置を測定し、気圧計４２で操縦装置１０’の高度を測定し（これにより３軸座標系における操縦装置１０’の位置が求まる）、また従前のように第１方位検出センサ１４で操縦装置１０’の姿勢を計測してもよい。

次に、操縦者ＨＭは目標物ＴＧに操縦装置１０’を視準した時点で「目標物の設定」ボタン（不図示）などを押すことで、測距機構４３からレーザ光等を投射して目標物ＴＧを特定し、併せて操縦装置１０’から目標物ＴＧまでの直線距離を計測する（ステップＳ５０２）。このとき、操縦装置１０’が、内蔵した姿勢検出手段で操縦装置１０’の姿勢を検出し、また測位装置４１の検出結果により、操縦装置１０’の３軸座標系における位置は既知であるから、操縦装置１０’から目標物ＴＧまでの距離と、３軸座標系での操縦装置１０’の位置と、測距時の操縦装置１０’の姿勢とから、同じ３軸座標系における目標物ＴＧの位置も求まることとなる。かかる演算は、目標位置検出手段として、操縦装置１０’の制御装置で行っても、４枚羽根ヘリコプタ３０’の制御装置で行っても良い。ここでは、４枚羽根ヘリコプタ３０’側で行うものとする。

更にステップＳ５０３で、操縦装置１０’から、操縦装置１０’の３軸座標系の位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、姿勢、方向、および目標物ＴＧまでの距離に対応する信号が、操縦モードの情報とともに４枚羽根ヘリコプタ３０’に送信される。

４枚羽根ヘリコプタ３０’は、ステップＳ５０４で、アンテナ３６及び受信手段３５を介して操縦装置１０’からの信号と情報を受け取り、これと並行して、ステップＳ５０５で、第２方位検出センサ２５が、磁北Ｎに対する４枚羽根ヘリコプタ３０’の３軸座標系の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）、向き（方位角γ’）及び姿勢を計測する。その後、ステップＳ５０６で、制御回路３７は、目標物ＴＧの３軸座標系の位置を求める。目標物ＴＧの３軸座標系の位置は、操縦装置１０’の３軸座標系の位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、姿勢、方向と目標物ＴＧまでの距離が分かっているため、操縦装置１０’と４枚羽根ヘリコプタ３０’の相対位置を求める目標位置算出手段としての制御回路３７により、容易に計算で求めることができる。

次いで、４枚羽根ヘリコプタ３０’の現在位置が機体に搭載された測位装置５１で計測されているため、それにより求められた４枚羽根ヘリコプタ３０’の３軸座標系の位置と目標物ＴＧの３軸座標系の位置情報をステップＳ５０８で比較計算して、４枚羽根ヘリコプタ３０’の現在位置から目標物に向かう3次元ベクトルＶ（方向と距離）を求める。制御回路３７は、そのベクトルＶに見合った制御信号をモータ３１Ａ〜３１Ｄに伝達することで４枚羽根ヘリコプタ３０’の目標物ＴＧへの移動を実現することができる。

加えて、４枚羽根ヘリコプタ３０’に障害物検出手段としてのレーダやレーザ距離計を搭載することで、移動中に機体の進行方向前方にある障害物を検知することが可能となる。障害物を検知した場合、障害物検出信号を発することで、これを操縦装置で受信し、操縦者への警告装置として、ブザーやライトの点滅で知らせたり、場合によっては移動を停止することができる。

本実施の形態によれば、操縦者ＨＭから４枚羽根ヘリコプタ３０’までの距離が非常に大きく、飛行の到達目標と４枚羽根ヘリコプタ３０’の相対的な位置関係が操縦者ＨＭから十分に視認できなった場合でも、容易に４枚羽根ヘリコプタ３０’を目標地点に導くことが可能となる。また、障害物の検知機能が利用できることにより、遠方からの無線操縦をより安全に実施できるようになる。

尚、操縦装置１０’に、不図示のホームポジションボタンを設けておき、操縦者がこのホームポジションボタンを操作したときは、上述したような通信を介して操縦装置１０’から４枚羽根ヘリコプタ３０’にホームポジション信号が送信され、これを受信した４枚羽根ヘリコプタ３０’が、演算により求めた操縦装置１０’までの相対位置座標（ｘ−Ｘ、ｙ−Ｙ、ｚ−Ｚ）から、操縦装置１０’までの方向と距離を決定することも出来、かかる相対位置座標を用いて操縦装置１０’に向かって４枚羽根ヘリコプタ３０’を飛行させることができる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、移動体としては上述のものの他、通常の形のヘリコプタや飛行機、船舶などにも適用可能である。又、４枚羽根ヘリコプタと同様に、自動車にGNSS装置や姿勢検出装置を設けても良い。

１０、１０’ 操縦装置
１１ 第１スティック
１２ 第２スティック
１３ 操作量検出手段
１４ 第１方位検出センサ
１５ 送信手段
１６ 制御装置
１７ アンテナ
１８ マーク
２０ 自動車
２１ 動力用モータ
２２ 駆動輪
２３ ステアリングサーボ機構
２４ 操舵輪
２５ 第２方位検出センサ
２６ アンテナ
２７ 受信手段
２８ 制御回路
３０、３０’ ４枚羽根ヘリコプタ
３０ａ 筐体
３０ｂ〜３０ｅ アーム
３０ｆ スキッド
３１Ａ〜３１Ｄ モータ
３２Ａ〜３２Ｄ 羽根
３３ バッテリ
３４ 第２方位検出センサ
３５ 受信手段
３６ アンテナ
３７ 制御回路
４１ 測位装置
４２ 気圧計
４３ 測距機構
５１ 測位装置
ＨＭ 操縦者
Ｎ 磁北
ＴＧ 目標物

Claims (8)

1. 操縦者が操作可能な操縦装置を用いて、操縦者から離れて任意の方向に移動する移動体を、前記操縦装置から送信される操縦信号により制御するリモートコントロール方法において、
   前記操縦装置は、前記操縦装置の向きを検出する第１方位検出センサと、前記第１方位検出センサにより検出された前記操縦装置の向きに対応する方位信号と、前記操縦信号とを送信する第１通信手段とを有し、前記移動体は、前記方位信号と前記操縦信号を受信する第２通信手段と、前記移動体の向きを検出する第２方位検出センサとを有し、
   前記移動体が前記方位信号と前記操縦信号とを受信したときは、前記操縦装置の向きと前記操縦信号とを基準とし、前記第２方位検出センサで検出された向きを用いて、前記移動体の移動方向を決定することを特徴とするリモートコントロール方法。
2. 前記操縦装置は、前記第１方位検出センサであり所定の３次元座標系における前記操縦装置の位置を検出する第１位置検出手段と、前記操縦装置を目標物に向けて前記目標物までの距離を測定する測距手段と、測距時の前記操縦装置の姿勢を検出する姿勢検出手段を有し、
   前記移動体は、前記第２方位検出センサであり前記所定の３次元座標系における前記移動体の位置を検出する第２位置検出手段を有し、
   前記第１位置検出手段による検出結果と、前記姿勢検出手段による検出結果と、前記測距手段による測距結果と、に基づいて、前記所定の３次元座標系における前記目標物の位置を求める目標位置算出手段が、前記操縦装置又は前記移動体に備えられ、
   前記操縦装置を特定の目標物に向けて、前記測距手段により前記操縦装置から前記特定の目標物までの距離を検出した場合において、前記移動体の第２通信手段が、前記操縦装置の第１通信手段を介して前記操縦信号を受信したときは、前記第２位置検出手段による検出結果と、前記目標位置算出手段による算出結果と、に基づいて、前記移動体から前記特定の目標物までの方向と距離が決定されることを特徴とする請求項１に記載のリモートコントロール方法。
3. 前記移動体が、前記移動体の移動方向に存在する障害物の存否を検出する障害物検出装置を有し、前記操縦装置が、前記操作者に警告する警告装置を有し、前記障害物検出装置が障害物を検出したときは、前記第２通信手段を介して障害物検出信号を発信し、前記操縦装置は、前記障害物検出信号を前記第１通信手段を介して受信したときは、前記警告装置により警告を発することを特徴とする請求項１又は２に記載のリモートコントロール方法。
4. 前記移動体が、回転翼を有する無線飛行体、または無線自動車であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載されたリモートコントロール方法。
5. 操縦者が操作可能な操縦装置と、前記操縦装置から送信される操縦信号により制御され、操縦者から離れて移動する移動体とを有するリモートコントロールシステムにおいて、
   前記操縦装置は、前記操縦装置の向きを検出する第１方位検出センサと、前記第１方位検出センサにより検出された前記操縦装置の向きに対応する方位信号と、前記操縦信号とを送信する第１通信手段とを有し、
   前記移動体は、前記方位信号と前記操縦信号を受信する第２通信手段と、前記移動体の向きを検出する第２方位検出センサとを有し、
   前記移動体は、前記第２通信手段を介して前記方位信号と前記操縦信号とを受信したときは、前記操縦装置の向きと前記操縦信号とを基準とし、前記第２方位検出センサで検出された向きを用いて、前記移動体の移動方向を決定することを特徴とするリモートコントロールシステム。
6. 前記操縦装置は、前記第１方位検出センサであり所定の３次元座標系における前記操縦装置の位置を検出する第１位置検出手段と、前記操縦装置を目標物に向けて前記目標物までの距離を測定する測距手段と、測距時の前記操縦装置の姿勢を検出する姿勢検出手段を有し、
   前記移動体は、前記第２方位検出センサであり前記所定の３次元座標系における前記移動体の位置を検出する第２位置検出手段を有し、
   前記第１位置検出手段による検出結果と、前記姿勢検出手段による検出結果と、前記測距手段による測距結果と、に基づいて、前記所定の３次元座標系における前記目標物の位置を求める目標位置算出手段が、前記操縦装置又は前記移動体に備えられ、
   前記操縦装置を特定の目標物に向けて、前記測距手段により前記操縦装置から前記特定の目標物までの距離を検出した場合において、前記移動体の第２通信手段が、前記操縦装置の第１通信手段を介して前記操縦信号を受信したときは、前記第２位置検出手段による検出結果と、前記目標位置算出手段による算出結果と、に基づいて、前記移動体から前記特定の目標物までの方向と距離が決定されることを特徴とする請求項５に記載のリモートコントロールシステム。
7. 前記移動体が、前記移動体の移動方向に存在する障害物の存否を検出する障害物検出装置を有し、前記操縦装置が、前記操作者に警告する警告装置を有し、前記障害物検出装置が障害物を検出したときは、前記第２通信手段を介して障害物検出信号を発信し、前記操縦装置は、前記障害物検出信号を前記第１通信手段を介して受信したときは、前記警告装置により警告を発することを特徴とする請求項５又は６に記載のリモートコントロールシステム。
8. 前記移動体が、回転翼を有する無線飛行体、または無線自動車であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載されたリモートコントロールシステム。

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