(57)【要約】【課題】航空機の操縦装置および航空機操縦シミュレータの操縦装置において、操縦者に適切な操縦感覚を与える。【解決手段】操縦装置１００Ａは、航空機１を操縦するための操縦端１０と、操作力以外の操縦端１０に作用する外力を打ち消すオフセット値および操縦端１０の操作位置に応じた値を反力として操縦端１０に付与する反力発生装置２０と、反力発生装置２０を制御する反力制御部３０Ａと、を備える。反力制御部３０Ａは、航空機１の姿勢に基づいて操縦端１０に作用すると算出される外力を打ち消す値をオフセットとして設定する。この構成により、航空機１の姿勢が変化しても、操縦者の操縦感覚を一定とすることが可能となる。したがって、航空機１の操縦装置１００Ａにおいて、操縦者に適切な操縦感覚を与えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機を操縦するための操縦端と、
操作力以外の前記操縦端に作用する外力を打ち消すオフセット値および前記操縦端の操作位置に応じた値を反力として前記操縦端に付与する反力発生装置と、
前記反力発生装置を制御する反力制御部と、
を備え、
前記反力制御部は、前記航空機の姿勢に基づいて前記操縦端に作用すると算出される前記外力を打ち消す値を前記オフセット値として設定することを特徴とする航空機の操縦装置。
【請求項２】
前記反力制御部は、前記航空機の姿勢に加えて、前記航空機の姿勢変化率、前記航空機の速度および前記航空機の加速度の少なくとも一つに基づいて、前記オフセット値を設定することを特徴とする請求項１に記載の航空機の操縦装置。
【請求項３】
航空機操縦シミュレータの仮想空間上で航空機を操縦するための操縦端と、
操作力以外の前記操縦端に作用する外力を打ち消すオフセット値および前記操縦端の操作位置に応じた値を反力として前記操縦端に付与する反力発生装置と、
前記反力発生装置を制御する反力制御部と、
を備え、
前記反力制御部は、
前記操縦端に実際に作用する前記外力を打ち消す第１オフセット値と、
前記仮想空間上での前記航空機の姿勢が水平方向でない場合に、前記姿勢に基づいて前記操縦端に作用すると算出される前記外力である第２オフセット値と、
の合算値を前記オフセット値として設定することを特徴とする航空機操縦シミュレータの操縦装置。
【請求項４】
前記反力制御部は、前記仮想空間上での前記航空機の姿勢に加えて、前記仮想空間上での前記航空機の姿勢変化率、前記航空機の速度および前記航空機の加速度の少なくとも一つに基づいて、前記第２オフセット値を設定することを特徴とする請求項３に記載の航空機操縦シミュレータの操縦装置。
【請求項５】
航空機を操縦するための操縦端と、操作力以外の前記操縦端に作用する外力を打ち消すオフセット値および前記操縦端の操作位置に応じた値を反力として前記操縦端に付与する反力発生装置とを備えた航空機の操縦装置の制御方法であって、
前記航空機の姿勢に基づいて前記操縦端に作用すると算出される前記外力を打ち消す値を前記オフセット値として設定することを特徴とする航空機の操縦装置の制御方法。
【請求項６】
航空機操縦シミュレータの仮想空間上で航空機を操縦するための操縦端と、操作力以外の前記操縦端に作用する外力を打ち消すオフセット値および前記操縦端の操作位置に応じた値を反力として前記操縦端に付与する反力発生装置とを備えた航空機操縦シミュレータの操縦装置の制御方法であって、
前記操縦端に実際に作用する前記外力を打ち消す第１オフセット値と、
前記仮想空間上での前記航空機の姿勢が水平方向でない場合に、前記姿勢に基づいて前記操縦端に作用すると算出される前記外力である第２オフセット値と、
の合算値を前記オフセット値として設定することを特徴とする航空機操縦シミュレータの操縦装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の操縦装置、航空機操縦シミュレータの操縦装置、航空機の操縦装置の制御方法および航空機操縦シミュレータの操縦装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機または航空機操縦シミュレータの操縦装置に関する技術が知られている。例えば、特許文献１には、訓練者（操縦者）による操縦操作に基づく操舵力に対応する操舵反力を、電気モータを含む操舵反力発生機能部によって発生させる模擬操縦装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２８０２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、実際の航空機の操縦装置では、一般的に、操縦者が握る操縦端への反力のオフセット値が設けられる。すなわち、航空機に作用する重力や操縦端のリンク系のバランス調整を考慮した上で、操縦端がニュートラルの状態で動かないように反力の固定オフセット値を常に付与しておく。しかしながら、航空機は、飛行中において水平状態を保つとは限らず、いわゆるピッチ方向、ロール方向またはヨー方向において姿勢を変化させる。そのため、航空機の姿勢によっては、操縦端に作用する外力が重力方向と一致しないことがある。したがって、単に操縦端に作用する重力方向の外力を打ち消すように反力の固定オフセット値を設定した場合、航空機の姿勢によっては、操縦端に作用する外力を打ち消せない可能性がある。その結果、実際の航空機の操縦装置では、航空機の姿勢によって操縦者の操縦感覚が一定とならず、操縦者に適切な操縦感覚を与えることができない。
【０００５】
一方で、例えば上記特許文献１に記載されたような模擬操縦装置（シミュレータ）では、航空機の姿勢によって変化し得る操縦端に作用する外力を模擬することができない。つまり、実際の航空機の操縦装置において、航空機の姿勢によって操縦者の操縦感覚が一定とならないという状況を模擬することができない。したがって、操縦者に適切な操縦感覚を与えることができない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、航空機の操縦装置および航空機操縦シミュレータの操縦装置において、操縦者に適切な操縦感覚を与えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、航空機を操縦するための操縦端と、操作力以外の前記操縦端に作用する外力を打ち消すオフセット値および前記操縦端の操作位置に応じた値を反力として前記操縦端に付与する反力発生装置と、前記反力発生装置を制御する反力制御部と、を備え、前記反力制御部は、前記航空機の姿勢に基づいて前記操縦端に作用すると算出される前記外力を打ち消す値を前記オフセット値として設定することを特徴とする。
【０００８】
この構成により、航空機の姿勢に基づいて操縦端に作用すると算出される外力を打ち消すように、オフセット値が設定されるため、航空機の姿勢が変化したとしても、操縦端に作用する外力を打ち消すことができる。つまり、航空機の姿勢が変化しても、操縦者の操縦感覚を一定とすることが可能となる。したがって、本発明によれば、航空機の操縦装置において、操縦者に適切な操縦感覚を与えることができる。
【０００９】
また、前記反力制御部は、前記航空機の姿勢に加えて、前記航空機の姿勢変化率、前記航空機の速度および前記航空機の加速度の少なくとも一つに基づいて、前記オフセット値を設定することが好ましい。この構成により、オフセット値をより適切に設定することができる。
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、航空機操縦シミュレータの仮想空間上で航空機を操縦するための操縦端と、操作力以外の前記操縦端に作用する外力を打ち消すオフセット値および前記操縦端の操作位置に応じた値を反力として前記操縦端に付与する反力発生装置と、前記反力発生装置を制御する反力制御部と、を備え、前記反力制御部は、前記操縦端に実際に作用する前記外力を打ち消す第１オフセット値と、前記仮想空間上での前記航空機の姿勢が水平方向でない場合に、前記姿勢に基づいて前記操縦端に作用すると算出される前記外力である第２オフセット値と、の合算値を前記オフセット値として設定する。
【００１１】
この構成により、重力方向の力といった操縦端に実際に作用する外力を第１オフセット値で打ち消すことで、仮想空間上での航空機の姿勢が水平状態であるときに、ニュートラル状態の操縦端が動かないようにすることができる。また、仮想空間上での航空機の姿勢に基づいて算出される操縦端に作用する外力である第２オフセット値により、航空機の実機において姿勢の変化に応じて操縦端に作用する外力がオフセット値に加わる。その結果、航空機の姿勢によって操縦端に作用する外力が重力方向と一致しない場合に、操縦端に作用する反力を模擬的に出力することが可能となる。つまり、航空機の姿勢によって操縦者の操縦感覚が一定とならないという状況を模擬することが可能となる。したがって、本発明によれば、航空機操縦シミュレータの操縦装置において、操縦者に適切な操縦感覚を与えることができる。
【００１２】
また、前記反力制御部は、前記仮想空間上での前記航空機の姿勢に加えて、前記仮想空間上での前記航空機の姿勢変化率、前記航空機の速度および前記航空機の加速度の少なくとも一つに基づいて、前記第２オフセット値を設定することが好ましい。この構成により、第２オフセット値をより適切に算出することができる。
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、航空機を操縦するための操縦端と、操作力以外の前記操縦端に作用する外力を打ち消すオフセット値および前記操縦端の操作位置に応じた値を反力として前記操縦端に付与する反力発生装置とを備えた航空機の操縦装置の制御方法であって、前記航空機の姿勢に基づいて前記操縦端に作用すると算出される前記外力を打ち消す値を前記オフセット値として設定することを特徴とする。
【００１４】
この構成により、航空機の姿勢に基づいて操縦端に作用すると算出される外力を打ち消すように、オフセット値が設定されるため、航空機の姿勢が変化したとしても、操縦端に作用する外力を常にオフセット値で打ち消すことができる。つまり、航空機の姿勢が変化しても、操縦者の操縦感覚を一定とすることが可能となる。したがって、本発明によれば、航空機の操縦装置において、操縦者に適切な操縦感覚を与えることができる。
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、航空機操縦シミュレータの仮想空間上で航空機を操縦するための操縦端と、操作力以外の前記操縦端に作用する外力を打ち消すオフセット値および前記操縦端の操作位置に応じた値を反力として前記操縦端に付与する反力発生装置とを備えた航空機操縦シミュレータの操縦装置の制御方法であって、前記操縦端に実際に作用する前記外力を打ち消す第１オフセット値と、前記仮想空間上での前記航空機の姿勢が水平方向でない場合に、前記姿勢に基づいて前記操縦端に作用すると算出される前記外力である第２オフセット値と、の合算値を前記オフセット値として設定することを特徴とする。
【００１６】
この構成により、重力方向の力といった操縦端に実際に作用する外力を第１オフセット値で打ち消すことで、仮想空間上での航空機の姿勢が水平状態であるときに、ニュートラル状態の操縦端が動かないようにすることができる。また、仮想空間上での航空機の姿勢に基づいて算出される操縦端に作用する外力である第２オフセット値により、航空機の実機において姿勢の変化に応じて操縦端に作用する外力がオフセット値に加わる。その結果、航空機の姿勢によって操縦端に作用する外力が重力方向と一致しない場合に、操縦端に作用する反力を模擬的に出力することが可能となる。つまり、航空機の姿勢によって操縦者の操縦感覚が一定とならないという状況を模擬することが可能となる。したがって、本発明によれば、航空機操縦シミュレータの操縦装置において、操縦者に適切な操縦感覚を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態にかかる操縦装置を備えた航空機の要部を示す概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態にかかる操縦装置を模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、航空機が水平方向に沿って飛行している状態を示す説明図である。
【図４】図４は、航空機が水平方向に対し傾斜しながら旋回飛行している状態を示す説明図である。
【図５】図５は、比較例として、航空機に作用する力が重力方向とは一致しない場合に、操縦端に作用する力の関係の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、実施形態にかかる航空機の操縦装置において、航空機に作用する力が重力方向とは一致しない場合に、操縦端に作用する力の関係の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、実施形態にかかる操縦装置を備えた航空機操縦シミュレータの概略構成図である。
【図８】図８は、実施形態にかかるシミュレータの操縦装置において、操縦端に作用する力の関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる航空機の操縦装置、航空機操縦シミュレータの操縦装置、航空機の操縦装置の制御方法および航空機操縦シミュレータの操縦装置の制御方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
実施形態にかかる航空機の操縦装置およびその制御方法について説明する。図１は、実施形態にかかる操縦装置を備えた航空機の要部を示す概略構成図であり、図２は、実施形態にかかる操縦装置を模式的に示す説明図である。航空機１は、図１に示すように、操縦装置１００Ａと、複数のセンサ５とを備えている。本実施形態において、複数のセンサ５は、航空機１のピッチ方向、ロール方向またはヨー方向の姿勢角を検出する姿勢角検出センサ５１を含む。また、複数のセンサ５は、上記姿勢角の角速度、すなわち航空機の姿勢変化率を検出する姿勢角速度検出センサ５２を含む。また、複数のセンサ５は、航空機１の速度を検出する速度検出センサ５３を含む。また、複数のセンサ５は、航空機１の加速度を検出する加速度検出センサ５４を含む。
【００２０】
操縦装置１００Ａは、操縦端１０と、反力発生装置２０と、反力制御部３０Ａとを備える。操縦端１０は、操縦者が把持して移動させることにより、航空機１の図示しない各舵面を調整して航空機１を操縦するための操作部である。操縦端１０は、反力発生装置２０に複数のリンク機構１５を介して接続されており、操縦者の操作に伴ってリンク機構１５を介して移動させることができる。
【００２１】
反力発生装置２０は、図示しない動力源としての電動モータと、電動モータで発生させた力を複数のリンク機構１５を介して操縦端１０へと出力するための図示しないアクチュエータを備えている。反力発生装置２０には、反力制御部３０Ａで生成された反力制御信号が入力され、入力された反力制御信号に基づいて、図示しない電動モータおよびアクチュエータが駆動される。それにより、反力発生装置２０は、反力制御部３０Ａで生成された反力制御信号に基づく反力を操縦端１０へと出力する。また、反力発生装置２０は、操縦端１０へと出力した反力の値を反力制御部３０Ａへと出力する。また、反力発生装置２０は、操縦者により操縦された操縦端１０の位置情報を検出する図示しないセンサを備えており、センサで検出した操縦端１０の位置情報を反力制御部３０Ａへと出力する。
【００２２】
反力制御部３０Ａは、反力発生装置２０を制御する制御装置である。反力制御部３０Ａは、反力発生装置２０を介して入力された操縦端１０の位置情報を入力する。反力制御部３０Ａは、入力された操縦端１０の位置情報を航空機１の各舵面を制御する図示しない制御部へと出力する。図示しない制御部は、入力された操縦端１０の位置情報に基づいて、航空機１の各舵面を制御する。それにより、操縦者による操縦端１０の操作に応じて航空機１を動作させることができる。
【００２３】
反力制御部３０Ａは、入力された操縦端１０の位置情報に基づいて、反力発生装置２０で発生させて操縦端１０へと出力すべき反力の目標値を設定する。より詳細には、反力制御部３０Ａは、後述するオフセット値Ｆｏｓ（例えば図２参照）と、操縦端１０の操作位置に応じた値との合算値を反力の目標値として設定する。操縦端１０の操作位置に応じた値は、上述した操縦端１０の位置情報に基づいて設定される。操縦端１０の操作位置に応じた値は、例えば、操縦端１０の移動方向とは反対方向の力として移動量（操縦者により操縦端１０が操作された量）が大きいほど大きな値に設定される。ただし、操縦端１０の操作位置に応じた値の設定手法は、これに限られない。例えば、操縦端１０の目標位置と現在の位置との偏差に応じて、目標位置に向かう方向の力が設定されてもよい。反力制御部３０Ａは、設定した目標値となる反力が反力発生装置２０から操縦端１０へと付与されるように、反力発生装置２０に出力する反力制御信号を生成する。そして、反力制御部３０Ａは、反力発生装置２０から入力された操縦端１０へと出力した反力の実値に基づいて、実値が目標値に近づくように反力制御信号を生成して反力発生装置２０へと出力するフィードバック制御を実行する。それにより、オフセット値Ｆｏｓと操縦端１０の操作位置に応じた値とを合算した力が操縦端１０に反力として付与される。
【００２４】
また、反力制御部３０Ａは、航空機１に含まれる複数のセンサ５から、航空機１の動作に関する情報が入力される。より詳細には、反力制御部３０Ａは、姿勢角検出センサ５１から、航空機１の姿勢角が入力される。反力制御部３０Ａは、姿勢角速度検出センサ５２から、航空機１の姿勢角速度、すなわち航空機１の姿勢変化率が入力される。反力制御部３０Ａは、速度検出センサ５３から航空機１の速度が入力される。反力制御部３０Ａは、加速度検出センサ５４から航空機１の加速度が入力される。そして、反力制御部３０Ａは、入力した航空機１の姿勢、姿勢変化率、速度および加速度の値に基づいて、後述するオフセット値Ｆｏｓの値を設定する。なお、反力制御部３０Ａは、姿勢角検出センサ５１からの姿勢角に基づいて、姿勢角速度を算出してもよい。また、反力制御部３０Ａは、速度検出センサ５３からの速度に基づいて、加速度を算出してもよい。
【００２５】
次に、実施形態にかかる操縦装置１００Ａの制御方法として、操縦端１０に付与される反力に含まれるオフセット値Ｆｏｓを設定する手法について説明する。操縦端１０には、航空機１に作用する重力やリンク機構１５等のバランス調整を考慮した上で、ニュートラル状態で動かないようにオフセット値Ｆｏｓが常に付与される。言い換えると、オフセット値Ｆｏｓは、操縦者が操縦端１０に加える操作力以外に、操縦端１０に作用する外力Ｆ１（例えば図２参照）を常に打ち消すために設定される値である。
【００２６】
ここで、図３は、航空機の姿勢が水平状態である状態を示す説明図である。航空機１の姿勢が重力方向（図３の下方向）と直交する水平方向（図３の左右方向）に沿った状態である場合、航空機１には、図３に示すように重力Ｆｇが作用する。図２に白抜き矢印で示すように、航空機１に重力Ｆｇが作用している場合、操縦端１０にも、重力Ｆｇに基づく下方向の外力Ｆ１が作用することになる。したがって、一般的には、オフセット値Ｆｏｓは、図２に示すように下方向の外力Ｆ１を打ち消す上方向の力となる。
【００２７】
しかしながら、航空機１は、飛行中において水平を保つとは限らず、いわゆるピッチ方向、ロール方向またはヨー方向において、その姿勢を変化させる。図４は、航空機が水平方向に対し傾斜しながら旋回飛行している状態を示す説明図である。この場合、航空機１には、重力Ｆｇに加えて遠心力Ｆｃも作用する。そのため、航空機１に作用する全体の力は、図４に示すように、重力方向に対して傾斜した方向の力Ｆａとなる。つまり、操縦端１０に作用する外力も重力方向と一致した方向とはならない。
【００２８】
図５は、比較例として、航空機に作用する力が重力方向とは一致しない場合に、操縦端に作用する力の関係の一例を示す説明図である。ここでは、図５において白抜き矢印で示すように、仮に航空機１に重力方向と反対方向の力Ｆａが作用する場合を考える。このとき、操縦端１０には、同様に、重力方向とは反対方向の外力Ｆ２が作用することになる。仮に、オフセット値が重力Ｆｇに基づく外力Ｆ１（図２参照）を打ち消す上方向の力で固定されているとする。ここでは、固定されたオフセット値を固定オフセット値Ｆｏｓｆと称する。このとき、操縦端１０には、共に上方向の外力Ｆ１と固定オフセット値Ｆｏｓｆとが作用する。つまり、外力Ｆ２を固定オフセット値Ｆｏｓｆで打ち消すことができず、操縦端１０には、ニュートラル状態において、全体として外力Ｆ２と固定オフセット値Ｆｏｓｆとの合算値として反力Ｆｒが作用する。したがって、航空機１の姿勢によって、操縦端１０に作用する反力Ｆｒが変化してしまうため、操縦者の操縦感覚が一定とならず、操縦者に適切な操縦感覚を与えることができない可能性がある。
【００２９】
そこで、実施形態において、反力制御部３０Ａは、オフセット値Ｆｏｓの設定に際して、まず、航空機１の姿勢に基づいて、操縦端１０に作用する外力Ｆ２を算出する。より詳細には、反力制御部３０Ａは、センサ５から入力された航空機１の姿勢、航空機１の姿勢変化率、航空機１の速度および航空機１の加速度の値に基づいて、操縦端１０に作用する外力Ｆ２を算出する。そして、反力制御部３０Ａは、算出した外力Ｆ２を打ち消すオフセット値Ｆｏｓを設定する。
【００３０】
図６は、実施形態にかかる航空機の操縦装置において、航空機に作用する力が重力方向とは一致しない場合に、操縦端に作用する力の関係の一例を示す説明図である。図６に示す例では、図５に示した例と同様に、航空機１に重力方向とは反対方向の力Ｆａが作用している場合を示す。したがって、操縦端１０にも、同様に、重力方向とは反対方向の外力Ｆ２が作用する。実施形態にかかる操縦装置１００Ａでは、反力制御部３０Ａが航空機１の姿勢、航空機１の姿勢変化率、航空機１の速度および航空機１の加速度の値に基づいて算出された外力Ｆ２を打ち消すオフセット値Ｆｏｓが設定される。そのため、図６に示すようにオフセット値Ｆｏｓは、外力Ｆ２とは反対方向の力となる。その結果、航空機１の姿勢が水平方向に沿った状態でなかったとしても、操作力以外の操縦端１０に作用する外力Ｆ２を打ち消すことができる。なお、航空機１の姿勢が水平方向に沿った状態であり、航空機１に重力方向の力Ｆｇがかかっている場合（図２の状態）には、オフセット値Ｆｏｓは、図２に示す外力Ｆ１を打ち消す方向の力として算出される。
【００３１】
以上説明したように、実施形態にかかる操縦装置１００Ａは、航空機１を操縦するための操縦端１０と、操作力以外の操縦端１０に作用する外力Ｆ２を打ち消すオフセット値Ｆｏｓおよび操縦端１０の操作位置に応じた値を反力として操縦端１０に付与する反力発生装置２０と、反力発生装置２０を制御する反力制御部３０Ａと、を備え、反力制御部３０Ａは、航空機１の姿勢に基づいて操縦端１０に作用すると算出される外力Ｆ２を打ち消す値をオフセット値Ｆｏｓとして設定する。
【００３２】
この構成により、航空機１の姿勢に基づいて操縦端１０に作用すると算出される外力Ｆ２を打ち消すように、オフセット値Ｆｏｓが設定されるため、航空機１の姿勢が変化したとしても、操縦端１０に作用する外力Ｆ２を打ち消すことができる。つまり、航空機１の姿勢が変化しても、操縦者の操縦感覚を一定とすることが可能となる。したがって、実施形態によれば、航空機１の操縦装置１００Ａにおいて、操縦者に適切な操縦感覚を与えることができる。
【００３３】
また、反力制御部３０Ａは、航空機１の姿勢角（航空機１の姿勢）に加えて、航空機１の姿勢角速度（姿勢変化率）、航空機１の速度および航空機１の加速度に基づいて、オフセット値Ｆｏｓを設定する。この構成により、操縦端１０に作用する外力Ｆ２をより精度良く算出し、オフセット値Ｆｏｓをより適切に設定することができる。なお、反力制御部３０Ａは、少なくとも航空機１の姿勢角（航空機１の姿勢）に基づいてオフセット値Ｆｏｓを設定すればよい。
【００３４】
次に、実施形態にかかる航空機操縦シミュレータの操縦装置およびその制御方法について説明する。図７は、実施形態にかかる操縦装置を備えた航空機操縦シミュレータの概略構成図である。航空機操縦シミュレータ２（以下、単にシミュレータ２と称する）は、航空機の飛行、離陸または着陸といった種々の動作を仮想空間上で模擬的に実行する。シミュレータ２は、図１に示すように、実施形態にかかる操縦装置１００Ｂと、機体運動計算部２００とを備えている。
【００３５】
操縦装置１００Ｂは、実施形態の操縦装置１００Ａが備える反力制御部３０Ａに代えて、反力制御部３０Ｂを備える。操縦装置１００Ｂの他の構成は、実施形態にかかる操縦装置１００Ａと同じであるため、説明を省略し、同一の符号を付す。なお、操縦装置１００Ｂにおいて、操縦端１０は、シミュレータ２を使用する訓練者である操縦者が把持して移動させることにより、仮想空間上の航空機を操縦するための操作部である。
【００３６】
反力制御部３０Ｂは、反力発生装置２０を制御する制御装置である。反力制御部３０Ｂは、反力発生装置２０を介して入力された操縦端１０の位置情報が入力される。また、反力制御部３０Ｂは、入力された操縦端１０の位置情報を後述する機体運動計算部２００へと出力する。また、反力制御部３０Ｂは、操縦端１０の位置情報に基づいて、反力発生装置２０で発生させて操縦端１０へと出力すべき反力の目標値を設定する。より詳細には、反力制御部３０Ｂは、後述するオフセット値Ｆｏｓ（例えば図７参照）と、操縦端１０の操作位置に応じた値との合算値を反力の目標値として設定する。オフセット値Ｆｏｓの設定を除き、反力の設定手法は、実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００３７】
また、反力制御部３０Ｂは、機体運動計算部２００から、シミュレータ２の仮想空間上の航空機の動作に関する情報が入力される。より詳細には、反力制御部３０Ｂは、機体運動計算部２００から、仮想空間上の航空機の姿勢角が入力される。反力制御部３０Ｂは、機体運動計算部２００から、仮想空間上の航空機の姿勢角速度、すなわち航空機の姿勢変化率が入力される。反力制御部３０Ｂは、機体運動計算部２００から、仮想空間上の航空機の速度が入力される。反力制御部３０Ｂは、機体運動計算部２００から、仮想空間上の航空機の加速度が入力される。そして、反力制御部３０Ｂは、入力された航空機の姿勢、姿勢変化率、速度および加速度の値に基づいて、後述するオフセット値Ｆｏｓの値を設定する。なお、反力制御部３０Ｂは、機体運動計算部２００からの姿勢角に基づいて姿勢角速度を算出してもよいし、機体運動計算部２００からの速度に基づいて加速度を算出してもよい。
【００３８】
機体運動計算部２００は、反力制御部３０Ｂから入力された操縦端１０の位置情報に基づいて、仮想空間上での航空機の動作を計算する。機体運動計算部２００により計算された仮想空間上での動作は、例えばモニタやインジケータ等を含む図示しない表示部を介して操縦者に提示される。また、機体運動計算部２００は、計算した航空機の仮想空間上での動作情報として、仮想空間上における航空機の姿勢角、航空機の姿勢角速度（姿勢変化率）、航空機の速度および航空機の加速度の値を、反力制御部３０Ｂへと出力する。
【００３９】
次に、実施形態にかかる操縦装置１００Ｂの制御方法として、操縦端１０に付与される反力に含まれるオフセット値Ｆｏｓの設定について説明する。実施形態にかかる操縦装置１００Ｂにおいて、オフセット値Ｆｏｓは、操縦者が操縦端１０に加える操作力以外に操縦端１０に作用する外力を常に打ち消すことに加えて、操縦端１０を介して操縦者に与えられる操縦感覚を、より航空機の実機に即したものとすることを目的として設定される。
【００４０】
実施形態において、反力制御部３０Ｂは、図８に示す第１オフセット値Ｆｏｓ１および第２オフセット値Ｆｏｓ２の合算値をオフセット値Ｆｏｓとして設定する。図８は、実施形態にかかるシミュレータの操縦装置において、操縦端に作用する力の関係を示す説明図である。
【００４１】
第１オフセット値Ｆｏｓ１は、操縦装置１００Ｂの操縦端１０に実際に作用する操作力以外の外力Ｆ３を打ち消すための値である。すなわち、操縦端１０には、実際に重力方向の外力Ｆ３が作用する。そのため、第１オフセット値Ｆｏｓ１は、リンク機構１５等のバランス調整を考慮した上で、この重力方向の外力Ｆ３を打ち消すために上方向の力として設定される。
【００４２】
第２オフセット値Ｆｏｓ２は、仮想空間上での航空機の姿勢に基づいて操縦端１０に作用すると算出される外力Ｆ２である。すなわち、仮に航空機１に重力方向と異なる方向の力Ｆａが作用する場合、操縦端１０にも、同様に重力方向と異なる方向の外力Ｆ２が作用する。第２オフセット値Ｆｏｓ２は、この外力Ｆ２を模擬した値である。より詳細には、反力制御部３０Ｂは、機体運動計算部２００から入力された航空機の姿勢、航空機の姿勢変化率、航空機の速度および航空機の加速度の値に基づいて、操縦端１０に作用する外力Ｆ２（図８の破線参照）を算出する。そして、反力制御部３０Ｂは、算出した外力Ｆ２を第２オフセット値Ｆｏｓ２として設定する。ただし、仮想空間上で航空機の姿勢が水平方向に沿っており、仮想空間上で航空機に重力方向の力Ｆｇが作用している場合（図２の状態）、第２オフセット値Ｆｏｓ２は、値０とされる。
【００４３】
これにより、図８に示す例では、反力発生装置２０から操縦端１０へと付与されるオフセット値Ｆｏｓは、第１オフセット値Ｆｏｓ１および第２オフセット値Ｆｏｓ２の合算値として上方向の力となる。そして、操縦端１０には、実際に重力方向の外力Ｆ３が作用しているため、第１オフセット値Ｆｏｓ１と外力Ｆ３とは打消し合う関係となる。その結果、操縦端１０には、ニュートラル状態において、第２オフセット値Ｆｏｓ２が反力として作用する。したがって、操縦端１０を操縦する操縦者は、ニュートラル状態において、外力Ｆ２（図８の破線参照）を模擬した第２オフセット値Ｆｏｓ２を反力として感じとることができる。つまり、航空機の姿勢によって操縦者の操縦感覚が一定とならないことを感じ取ることができる。
【００４４】
これにより、図８に示す例では、反力発生装置２０から操縦端１０へと付与されるオフセット値Ｆｏｓは、第１オフセット値Ｆｏｓ１および第２オフセット値Ｆｏｓ２の合算値として上方向の力となる。そして、操縦端１０には、実際に重力方向の外力Ｆ３が作用しているため、第１オフセット値Ｆｏｓ１と外力Ｆ３とは打消し合う関係となる。その結果、操縦端１０には、ニュートラル状態において、第２オフセット値Ｆｏｓ２が反力として作用する。したがって、操縦端１０を操縦する操縦者は、航空機の姿勢が水平状態でない場合、ニュートラル状態において、外力Ｆ２（図８の破線参照）を模擬した第２オフセット値Ｆｏｓ２を反力として感じとることができる。つまり、航空機の姿勢によって操縦者の操縦感覚が一定とならないことを感じ取ることができる。
【００４５】
また、仮想空間上での航空機の姿勢が水平状態である場合、第２オフセット値Ｆｏｓ２が値０に設定される。そのため、操縦端１０には、実際に作用する重力方向の外力Ｆ３と、第１オフセット値Ｆｏｓ１とが作用し、双方の力が打ち消し合う。したがって、仮想空間上での航空機の姿勢が水平である場合、操縦端１０は、操作力が付与されない限りニュートラル状態で動かない。言い換えると、操縦端１０を把持する操縦者が感じる反力は、操作位置に応じて設定される値のみとなり、航空機の実機が水平状態である場合の反力を模擬的に感じ取ることができる。
【００４６】
以上説明したように、実施形態にかかる操縦装置１００Ｂは、シミュレータ２の仮想空間上で航空機を操縦するための操縦端１０と、操作力以外の操縦端１０に作用する外力を打ち消すオフセット値Ｆｏｓおよび操縦端１０の操作位置に応じた値を反力として操縦端１０に付与する反力発生装置２０と、反力発生装置２０を制御する反力制御部３０Ｂと、を備え、反力制御部３０Ｂは、操縦端１０に実際に作用する外力Ｆ３を打ち消す第１オフセット値Ｆｏｓ１と、仮想空間上での航空機の姿勢に基づいて操縦端１０に作用すると算出される外力Ｆ２である第２オフセット値Ｆｏｓ２と、の合算値をオフセット値Ｆｏｓとして設定する。
【００４７】
この構成により、重力方向の力といった操縦端１０に実際に作用する外力を第１オフセット値Ｆｏｓ１で打ち消すことで、仮想空間上での航空機の姿勢が水平状態であるときに、ニュートラル状態の操縦端１０が動かないようにすることができる。また、仮想空間上での航空機の姿勢に基づいて算出される操縦端１０に作用する外力である第２オフセット値Ｆｏｓ２により、航空機の実機において姿勢の変化に応じて操縦端１０に作用すると算出される外力Ｆ２がオフセット値Ｆｏｓに加わる。その結果、航空機の姿勢によって操縦端１０に作用する外力Ｆ２が重力方向と一致しない場合に、操縦端１０に作用する反力を模擬的に出力することが可能となる。つまり、航空機の姿勢によって操縦者の操縦感覚が一定とならないという状況を模擬することが可能となる。したがって、実施形態によれば、シミュレータ２の操縦装置１００Ｂにおいて、操縦者に適切な操縦感覚を与えることができる。
【００４８】
また、反力制御部３０Ｂは、仮想空間上での航空機の姿勢に加えて、航空機の姿勢変化率、航空機の速度および航空機の加速度の少なくとも一つに基づいて、第２オフセット値Ｆｏｓ２を設定する。この構成により、第２オフセット値Ｆｏｓ２をより適切に算出することができる。なお、反力制御部３０Ｂは、少なくとも航空機１の姿勢角（航空機１の姿勢）に基づいて第２オフセット値Ｆｏｓ２を設定すればよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  航空機
２  航空機操縦シミュレータ（シミュレータ）
５  センサ
５１  姿勢角検出センサ
５２  姿勢角速度検出センサ
５３  速度検出センサ
５４  加速度検出センサ
１０  操縦端
１５  リンク機構
２０  反力発生装置
３０Ａ，３０Ｂ  反力制御部
１００Ａ，１００Ｂ  操縦装置
２００  機体運動計算部
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３  外力
Ｆｏｓ  オフセット値
Ｆｏｓ１  第１オフセット値
Ｆｏｓ２  第２オフセット値
Ｆｏｓｆ  固定オフセット値
Ｆｒ  反力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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