(57)【要約】【課題】自動制御モードから手動制御モードへの切り替え時における姿勢の変化を低減し、安全性および信頼性の高い飛行装置の操縦システムを提供する。【解決手段】推進力を発生するスラスタ１４を有する飛行装置１１は、操縦入力装置１２から飛行指示が入力される。操縦システム１１は、状態検出部３４、飛行制御部３５、操作スティック２１、２２、位置変更部５６を備える。状態検出部３４は、飛行装置１１の飛行状態を検出する。飛行制御部３５は、飛行装置１１を自動制御モードまたは手動制御モードのいずれか一方により制御する。操作スティック２１、２２は、操縦入力装置１２に設けられ、飛行装置１１の飛行状態の変更を入力する。位置変更部５６は、飛行制御部３５が自動制御モードで飛行装置１１を制御しているとき、飛行制御部３５がスラスタ１４に出力する指令値に基づいて操作スティック２１、２２の位置を変更する。【選択図】図１
2019051755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進力を発生する複数のスラスタ（１４）を有する飛行装置（１１）と、前記飛行装置（１１）と別体に設けられ前記飛行装置（１１）を遠隔から操縦するための飛行指示を入力する操縦入力装置（１２）と、を備える飛行装置（１１）の操縦システムであって、
前記飛行装置（１１）の飛行状態を検出する状態検出部（３４）と、
前記状態検出部（３４）で検出した前記飛行装置（１１）の飛行状態に基づいて前記スラスタ（１４）の推進力を制御して前記飛行装置（１１）の飛行状態を自動的に制御する自動制御モード、または前記操縦入力装置（１２）から入力された飛行指示に基づいて前記スラスタ（１４）の推進力を制御して前記飛行装置（１１）の飛行状態を制御する手動制御モードのいずれか一方により、前記飛行装置（１１）の飛行状態を制御する飛行制御部（３５）と、
前記操縦入力装置（１２）に設けられ、前記飛行装置（１１）の飛行状態の変更を入力するための操作スティック（２１、２２）と、
前記操縦入力装置（１２）に設けられ、前記飛行制御部（３５）が前記自動制御モードで前記飛行装置（１１）の飛行状態を制御しているとき、前記飛行制御部（３５）が前記スラスタ（１４）に出力する指令値に基づいて前記操作スティック（２１、２２）の位置を変更する位置変更部（５６）と、
を備える飛行装置の操縦システム。
【請求項２】
前記飛行制御部（３５）は、
前記自動制御モードにおいて、前記指令値に基づく前記操作スティック（２１、２２）の位置として設定される目標位置と、前記操作スティック（２１、２２）の実際の位置である現在位置との差が、予め設定された設定値よりも大きくなると、前記自動制御モードを終了し、前記手動制御モードに移行して前記操作スティック（２１、２２）の前記現在位置に基づいて前記スラスタ（１４）を制御する請求項１記載の飛行装置の操縦システム。
【請求項３】
前記飛行装置（１１）に加わる外力を検出する外力検出部（７１）をさらに備え、
前記位置変更部（５６）は、前記外力検出部（７１）で検出した前記飛行装置（１１）に加わる外力に応じて、前記操作スティック（２１、２２）に加える力を変更する請求項１または２記載の飛行装置の操縦システム。
【請求項４】
前記状態検出部（３４）で検出した前記飛行装置（１１）の飛行状態に応じて、前記操縦入力装置（１２）の姿勢を変更する装置姿勢変更部（７４、８２）をさらに備える請求項１から３のいずれか一項記載の飛行装置の操縦システム。
【請求項５】
前記装置姿勢変更部（７４）は、前記操作スティック（２１、２２）の姿勢を変更する請求項４記載の飛行装置の操縦システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行装置の操縦システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆるドローンと称される飛行装置の普及が進んでいる。このような飛行装置は、一般に無線による遠隔操作によって操縦される。また、飛行装置は、遠隔の操縦入力装置を用いて操作者が飛行を制御する手動制御モードと、予め設定された飛行計画に沿って各種のセンサで検出した飛行姿勢などに基づいて自立的に飛行を制御する自動制御モードとが併用されている。そのため、飛行装置は、必要に応じて自動制御モードから手動制御モード、または手動制御モードから自動制御モードへ切り替えられる。ところで、自動制御モードから手動制御モードへ切り替わるとき、自動制御モードにおける指令値と、例えば入力スティックの位置のように操縦入力装置における入力値とが異なっていると、制御が切り替えられた瞬間に制御の指示が大きく変化する。その結果、飛行装置の場合、大きな姿勢の変化を招くことになる。そこで、従来のヘリコプターなどのような搭乗者による操作が前提となっている飛行装置の場合、特許文献１のようにスロットルスティックの位置を把握可能となっている。これにより、自動制御モードから手動制御モードへの切り替え時に、自動制御モードの指令値と手動制御モードの入力値とが大きく異ならないように手当てされている。
【０００３】
しかしながら、遠隔操作による無人の飛行が前提となっているドローンのようなマルチコプターの場合、操縦入力装置側でスティックや飛行装置の姿勢を把握することは困難である。そのため、自動制御モードの指令値と手動制御モードの入力値との間に差が生じると、急激な姿勢の変化が生じるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２８６４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、自動制御モードから手動制御モードへの切り替え時における姿勢の変化を低減し、安全性および信頼性の高い飛行装置の操縦システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明では、飛行制御部は、自動制御モードまたは手動制御モードのいずれか一方により飛行装置の飛行状態を制御する。位置変更部は、飛行装置と遠隔に設けられている操縦入力装置の操作スティックの位置を変更する。すなわち、位置変更部は、飛行制御部が自動制御モードで飛行装置の飛行状態を制御しているとき、飛行制御部がスラスタに出力する指令値に基づいて操作スティックの位置を変更する。これにより、飛行装置と遠隔に設けられている操縦入力装置の操作スティックは、自動制御モードのとき、飛行制御部からスラスタに出力される指令値に応じた位置に移動する。そのため、操作スティックの位置は、飛行制御部からスラスタに出力される指令値に対応する位置となる。その結果、自動制御モードから手動制御モードへ切り替えられるとき、操作スティックの位置は飛行制御部からスラスタに出力される指令値に対応する位置にあり、モードの切り替え時において操作スティックの連続的な操作が可能となる。つまり、操作スティックの位置は、自動制御モードのとき、指令値に対応する最新の位置に移動している。したがって、自動制御モードから手動制御モードへの切り替え時における姿勢の変化を低減することができ、安全性および信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態による飛行装置の操縦システムの構成を示すブロック図
【図２】第１実施形態による飛行装置の操縦システムの構成を示す模式図
【図３】第１実施形態による飛行装置の操縦システムにおける操縦入力装置を示す模式図
【図４】第２実施形態による飛行装置の操縦システムにおける制御の一例を示す概略図
【図５】第３実施形態による飛行装置の操縦システムの構成を示すブロック図
【図６】第４実施形態による飛行装置の操縦システムにおける操縦入力装置の概略的な構成を示す模式図
【図７】第４実施形態による飛行装置の操縦システムの構成を示すブロック図
【図８】第５実施形態による飛行装置の操縦システムにおける操縦入力装置の概略的な構成を示す模式図
【図９】第５実施形態による飛行装置の操縦システムの構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、飛行装置の操縦システムの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図２に示す第１実施形態による操縦システム１０は、飛行装置１１と、操縦入力装置１２とを備えている。飛行装置１１は、基体１３およびスラスタ１４を有している。スラスタ１４は、この基体１３に設けられている。基体１３は、本体１５、および本体１５から放射状に延びる腕部１６を有している。スラスタ１４は、この腕部１６に先端に設けられている。なお、基体１３は、円環状に形成してもよい。この場合、スラスタ１４は、円環状の基体１３の周方向へ設けられている。このように、飛行装置１１は、複数のスラスタ１４を備えている。スラスタ１４の数は、任意に設定することができる。
【０００９】
スラスタ１４は、いずれもモータ１７、プロペラ１８およびサーボモータ１９を有している。モータ１７は、プロペラ１８を駆動する駆動源であり、例えば基体１３に収容されているバッテリ２０などを電源とする。プロペラ１８は、モータ１７によって回転駆動される。サーボモータ１９は、図示しないピッチ変更機構部を通してプロペラ１８のピッチを変更する。プロペラ１８は、サーボモータ１９によってピッチが変更されることにより、回転を維持したまま推進力の大きさおよび方向が変更される。スラスタ１４は、モータ１７でプロペラが回転駆動されるとともに、サーボモータ１９でプロペラ１８のピッチが変更されることにより推進力を発生する。飛行装置１１は、スラスタ１４で発生する推進力によって飛行する。
【００１０】
操縦入力装置１２は、いわゆるプロポと称され、飛行装置１１と別体に設けられている。操縦入力装置１２は、操縦者の操作によって入力された指示を無線または有線によって飛行装置１１へ送信する。図２に示す例の場合、操縦入力装置１２は無線によって指示を飛行装置１１へ送信する。操縦入力装置１２は、操作スティック２１および操作スティック２２を有している。操作スティック２１および操作スティック２２は、いずれも図２に示すように上下および左右に動かすことができる。
【００１１】
操作スティック２１および操作スティック２１には、飛行装置１１を操縦するための操作が割り当てられている。第１実施形態の場合、操作スティック２１は、ラダーおよびエレベータの操作が割り当てられている。そして、操作スティック２２は、エルロンおよびスロットルの操作が割り当てられている。すなわち、ラダーを操作する操作スティック２１の図２の左右方向の移動は、飛行装置１１のヨー軸を中心とする回転姿勢の変更の指示に割り当てられている。そして、エレベータを操作する操作スティック２１の図２の上下方向の移動は、飛行装置１１のピッチ軸を中心とする回転姿勢の変更の指示に割り当てられている。また、エルロンを操作する操作スティック２２の図２の左右方向の移動は、飛行装置１１のロール軸を中心とする回転姿勢の変更の指示に割り当てられている。そして、操作スティック２２の図２の上下方向の移動は、飛行装置１１のスロットル、つまり上昇、下降および速度の変更の指示に割り当てられている。操縦者は、これら操作スティック２１および操作スティック２２を操作することにより、飛行装置１１の飛行状態を制御する。ここで、本明細書において、飛行状態とは、飛行装置１１の飛行姿勢、飛行高度および飛行速度を含んでいる。すなわち、飛行状態の変化とは、飛行装置１１の飛行姿勢、飛行高度および飛行速度のいずれか一つが変化、または二つ以上が複合的に変化することを意味する。なお、操作スティック２１および操作スティック２２への操作の割り当ては、任意に変更することができる。
【００１２】
操作スティック２１は、図３に示すように左右方向へ延びる軸部材２３を中心に回転することにより、図２および図３の上下方向へ移動する。同様に、操作スティック２１は、図３の左右方向へ延びる軸部材２４を中心に回転することにより、図２および図３の上下方向へ移動する。また、操作スティック２２は、図３の左右方向へ延びる軸部材２５を中心に回転することにより、図２および図３の上下方向へ移動する。同様に、操作スティック２１は、図３の上下方向へ延びる軸部材２６を中心に回転することにより、図２および図３の左右方向へ移動する。このように、第１実施形態の場合、操作スティック２１および操作スティック２２は、軸部材２３、２４、２５、２６を中心とする回転によって移動する。なお、上述の操作スティック２１および操作スティック２２の移動は、一例である。したがって、操作スティック２１および操作スティック２２は、例えば図示しないガイドに沿った上下および左右への移動など、移動のための構成を任意に設定することができる。
【００１３】
次に、上記の飛行装置１１と操縦入力装置１２とを備える操縦システム１０について詳細に説明する。
図１に示すように操縦システム１０は、飛行装置１１と操縦入力装置１２とに機能が分散されている。飛行装置１１は、基体１３に収容されている制御ユニット３０によって制御される。飛行装置１１は、制御ユニット３０として、制御演算部３１、通信部３２、記憶部３３、状態検出部３４、飛行制御部３５および指令値取得部３６を備えている。
【００１４】
飛行装置１１の制御演算部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御演算部３１は、バッテリ２０、ならびに各スラスタ１４のモータ１７およびサーボモータ１９に接続している。制御演算部３１は、ＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、状態検出部３４、飛行制御部３５および指令値取得部３６をソフトウェア的に実現している。なお、これら状態検出部３４、飛行制御部３５および指令値取得部３６は、ハードウェア的に実現してもよく。ハードウェアとソフトウェアとの協働によって実現してもよい。通信部３２は、図２に示すようにアンテナ３７を有しており、操縦入力装置１２との間を有線または無線で通信する。図１に示す記憶部３３は、制御演算部３１と接続しており、例えば不揮発性のメモリなどを有している。記憶部３３は、制御演算部３１のＲＯＭおよびＲＡＭと共用してもよい。記憶部３３は、予め設定された飛行計画をデータとして記憶している。飛行計画は、飛行装置１１が飛行する飛行ルートや飛行高度が含まれている。
【００１５】
状態検出部３４は、飛行装置１１の飛行状態を検出する。具体的には、状態検出部３４は、加速度センサ４１、角速度センサ４２、地磁気センサ４３、ＧＰＳセンサ４４および高度センサ４５に接続している。加速度センサ４１は、飛行装置１１のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の３次元の３つの軸方向において飛行装置１１に加わる加速度を検出する。角速度センサ４２は、３次元の３つの軸方向において飛行装置１１に加わる角速度を検出する。地磁気センサ４３は、３次元の３つの軸方向における地磁気を検出する。ＧＰＳセンサ４４は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からＧＰＳ信号を受信する。高度センサ４５は、気圧や地面からの距離などを検出する。状態検出部３４は、加速度センサ４１で検出した加速度、角速度センサ４２で検出した角速度、および地磁気センサ４３で検出した地磁気から飛行装置１１の飛行姿勢および飛行速度などを検出する。また、状態検出部３４は、ＧＰＳセンサ４４で検出したＧＰＳ信号から飛行装置１１の飛行位置を検出する。状態検出部３４は、加速度センサ４１、角速度センサ４２および地磁気センサ４３の出力値と、ＧＰＳセンサ４４の出力値とを用いて飛行装置１１の飛行位置を特定する。さらに、状態検出部３４は、高度センサ４５で検出した気圧や地面からの距離などに基づいて飛行装置１１の飛行高度を検出する。このように、状態検出部３４は、飛行装置１１の飛行姿勢、飛行速度、飛行位置および飛行高度を含む飛行装置１１の飛行状態を検出する。
【００１６】
また、状態検出部３４は、カメラ４６およびＬＩＤＡＲ（Light Detection And Ranging）４７に接続している。カメラ４６およびＬＩＤＡＲ４７は、飛行装置１１の周囲における障害物を画像または距離の測定によって検出する。状態検出部３４は、カメラ４６およびＬＩＤＡＲ４７を用いて、飛行する飛行装置１１の周囲に存在する構造物や天然物など、飛行の障害となるおそれのある物体を検出する。
【００１７】
飛行制御部３５は、飛行装置１１の飛行状態を自動制御モードまたは手動制御モードのいずれか一方により制御する。具体的には、自動制御モードは、操作者の操作によらず飛行装置１１を自立的に飛行させる飛行モードである。自動制御モードのとき、飛行制御部３５は、記憶部３３に記憶されている飛行計画に沿って、飛行装置１１の飛行を自動的に制御する。すなわち、飛行制御部３５は、この自動制御モードのとき、状態検出部３４で検出した飛行装置１１の飛行状態、ならびにカメラ４６およびＬＩＤＡＲ４７で検出した障害物の有無に基づいて、スラスタ１４の推進力を制御する。これにより、飛行制御部３５は、操作者の操作によらず、飛行装置１１を飛行計画に沿って自動的に飛行させる。一方、手動制御モードは、操作者による操縦入力装置１２の操作によって飛行装置１１を飛行させる飛行モードである。手動制御モードのとき、飛行制御部３５は、操縦入力装置１２から入力された飛行指示に基づいて飛行装置１１の飛行を制御する。すなわち、飛行制御部３５は、この手動制御モードのとき、操縦入力装置１２から入力された操作者の指示に基づいて、スラスタ１４の推進力を制御する。これにより、飛行制御部３５は、操作者による操作スティック２１および操作スティック２２の操作量に基づく指令値に応じて飛行装置１１を飛行させる。
【００１８】
指令値取得部３６は、飛行装置１１の飛行が自動制御モードで制御されているとき、飛行制御部３５から出力される指令値を取得する。飛行制御部３５は、自動制御モードのとき、上述のように状態検出部３４で検出した飛行装置１１の飛行状態に基づいて、飛行装置１１の飛行を自立的に制御している。このとき、飛行制御部３５は、各スラスタ１４に対して、発生する推進力を規定するための指令値を出力している。この指令値には、飛行装置１１の姿勢つまりピッチ、ヨーおよびロールに対応する姿勢指令値と、飛行装置１１の高度および速度に対応するスロットル指令値とが含まれている。指令値取得部３６は、これら姿勢指令値およびスロットル指令値を飛行制御部３５から取得する。そして、指令値取得部３６は、取得した姿勢指令値およびスロットル指令値から、ラダーの指令値Ｍ１、エレベータの指令値Ｍ２、エルロンの指令値Ｍ３、およびスロットルの指令値Ｍ４を算出する。このラダーの指令値Ｍ１は、操作スティック２１の左右方向の位置に相当する。また、エレベータの指令値Ｍ２は、操作スティック２１の上下方向の位置に相当する。エルロンの指令値Ｍ３は、操作スティック２２の左右方向の位置に相当する。スロットルの指令値Ｍ４は、操作スティック２２の上下方向の位置に相当する。指令値取得部３６は、取得した各指令値を、通信部３２を通して操縦入力装置１２へ送信する。
【００１９】
操縦入力装置１２は、制御演算部５１、通信部５２、操作量検出部５３、操作値作成部５４、変更制御部５５、位置変更部５６およびモード切替部５７を備えている。操縦入力装置１２の制御演算部５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御演算部５１は、ＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、操作量検出部５３、操作値作成部５４、変更制御部５５、位置変更部５６およびモード切替部５７をソフトウェア的に実現している。なお、操作量検出部５３、操作値作成部５４、変更制御部５５、位置変更部５６およびモード切替部５７は、ハードウェア的に実現してもよく、ハードウェアとソフトウェアとの協働によって実現してもよい。操縦入力装置１２の通信部５２は、図２に示すようにアンテナ５８を有しており、飛行装置１１との間で有線または無線で通信する。
【００２０】
図１に示す操作量検出部５３は、操作スティック２１および操作スティック２２の操作量を検出する。手動制御モードのとき、飛行装置１１は操作者による操縦入力装置１２の操作スティック２１および操作スティック２２の操作にしたがって飛行する。操作量検出部５３は、この操作スティック２１および操作スティック２２の操作量を検出する。操作量検出部５３は、操作スティック２１の左右方向の操作量をラダーの操作量Ｓ１として検出する。同様に、操作量検出部５３は、操作スティック２１の上下方向の操作量をエレベータの操作量Ｓ２として検出する。さらに、操作量検出部５３は、操作スティック２２の左右方向の操作量をエルロンの操作量Ｓ３として検出し、操作スティック２２の上下方向の操作量をスロットルの操作量Ｓ４として検出する。
【００２１】
操作値作成部５４は、操作量検出部５３で検出した操作スティック２１および操作スティック２２の操作量Ｓ１〜操作量Ｓ４に基づいて、操作値を作成する。操作値は、操作量Ｓ１〜操作量Ｓ４に基づいて作成される信号である。操作値作成部５４は、作成した操作値を、通信部５２を通して飛行装置１１へ送信する。飛行装置１１は、操縦入力装置１２から送信された操作値を通信部３２で受信する。飛行装置１１の飛行制御部３５は、受信した操作値に基づいてスラスタ１４を制御する。これにより、飛行装置１１は、手動制御モードとして、操縦入力装置１２の操作スティック２１および操作スティック２２の操作に基づいて飛行が制御される。
【００２２】
変更制御部５５は、位置変更部５６と接続している。変更制御部５５は、通信部５２を通して飛行装置１１から上述の指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４を取得する。変更制御部５５は、取得した指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に基づいて位置変更部５６を駆動し、操作スティック２１および操作スティック２２の位置を変更する。位置変更部５６は、図１および図３に示すように操作スティック２１を左右方向へ駆動するアクチュエータ６１、操作スティック２１を上下方向へ駆動するアクチュエータ６２、操作スティック２２を左右方向へ駆動するアクチュエータ６３、および操作スティック２２を上下方向へ駆動するアクチュエータ６４を有している。変更制御部５５は、位置変更部５６のアクチュエータ６１〜アクチュエータ６４を駆動することにより、操作スティック２１および操作スティック２２の位置の変更を制御する。これにより、操作スティック２１は、アクチュエータ６１により軸部材２４を中心に左右へ駆動されるとともに、アクチュエータ６２により軸部材２３を中心に上下へ駆動される。同様に、操作スティック２２は、アクチュエータ６３により軸部材２６を中心に左右へ駆動されるとともに、アクチュエータ６４により軸部材２５を中心に上下へ駆動される。
【００２３】
具体的には、位置変更部５６は、飛行装置１１が自動制御モードで飛行しているとき、飛行装置１１の指令値取得部３６で取得したラダーの指令値Ｍ１に基づいてアクチュエータ６１を駆動する。これにより、操作スティック２１の左右方向の位置は、指令値Ｍ１に基づく位置に変更される。同様に、位置変更部５６は、飛行装置１１が自動制御モードで飛行しているとき、エレベータの指令値Ｍ２に基づいてアクチュエータ６２を駆動する。これにより、操作スティック２１の上下方向の位置は、指令値Ｍ２に基づく位置に変更される。位置変更部５６は、飛行装置１１が自動制御モードで飛行しているとき、エルロンの指令値Ｍ３に基づいてアクチュエータ６３を駆動する。これにより、操作スティック２２の左右方向の位置は、指令値Ｍ３に基づく位置に変更される。さらに、位置変更部５６は、飛行装置１１が自動制御モードで飛行しているとき、スロットルの指令値Ｍ４に基づいてアクチュエータ６４を駆動する。これにより、操作スティック２２の上下方向の位置は、指令値Ｍ４に基づく位置に変更される。このように、位置変更部５６は、飛行装置１１が自動制御モードで飛行しているとき、アクチュエータ６１〜アクチュエータ６４を通して、操作スティック２１および操作スティック２２の位置を、指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に基づく位置に変更する。
【００２４】
モード切替部５７は、飛行装置１１の飛行の制御を、自動制御モードと手動制御モードとの間で相互に切り替える。すなわち、モード切替部５７は、飛行装置１１の飛行の制御を、手動制御モードから自動制御モードへ切り替えたり、自動制御モードから手動制御モードへ切り替えたりする。飛行の制御の切り替えは、操作者の意思、または予め設定された条件に基づいて切り替えられる。
【００２５】
次に、上記の構成による操縦システム１０による処理を説明する。
飛行装置１１が自動制御モードで飛行しているとき、飛行装置１１の指令値取得部３６は、最新の飛行状態に基づいて指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４を取得する。この場合、指令値取得部３６は、例えば数ミリ秒から数十ミリ秒など、予め設定された周期で指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４を取得する。指令値取得部３６は、取得した指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４を、通信部３２を通して飛行装置１１から操縦入力装置１２へ送信する。
【００２６】
操縦入力装置１２の通信部５２は、飛行装置１１から送信された指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４を受信する。変更制御部５５は、受信した指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に基づいて位置変更部５６を駆動する。すなわち、変更制御部５５は、受信した指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に基づいて、位置変更部５６のアクチュエータ６１、アクチュエータ６２、アクチュエータ６３およびアクチュエータ６４を駆動する。これにより、操作スティック２１および操作スティック２２は、指令値取得部３６で取得された指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に基づく位置に移動する。
【００２７】
このように、飛行装置１１が自動制御モードで飛行しているとき、操縦入力装置１２の操作スティック２１および操作スティック２２は、最新の飛行状態に対応する指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に基づく位置へ移動する。すなわち、操作スティック２１は、アクチュエータ６１によってラダーの指令値Ｍ１に対応する位置、およびアクチュエータ６２によってエレベータの指令値Ｍ２に対応する位置に移動する。また、操作スティック２２は、アクチュエータ６３によってエルロンの指令値Ｍ３に対応する位置、およびアクチュエータ６４によってスロットルの指令値Ｍ４に対応する位置に移動する。
【００２８】
以上説明した第１実施形態では、飛行制御部３５は、自動制御モードまたは手動制御モードのいずれか一方により飛行装置の飛行状態を制御する。位置変更部５６は、飛行装置１１と遠隔に設けられている操縦入力装置１２の操作スティック２１および操作スティック２２の位置を変更する。すなわち、位置変更部５６は、飛行制御部３５が自動制御モードで飛行装置１１の飛行状態を制御しているとき、飛行制御部３５がスラスタ１４に出力する指令値に基づいて操作スティック２１および操作スティック２２の位置を変更する。これにより、飛行装置１１と遠隔に設けられている操縦入力装置１２の操作スティック２１および操作スティック２２は、自動制御モードのとき、飛行制御部３５からスラスタ１４に出力される指令値に応じた位置に移動する。そのため、操作スティック２１および操作スティック２２の位置は、飛行制御部３５からスラスタ１４に出力される指令値に対応する位置となる。その結果、自動制御モードから手動制御モードへ切り替えられるとき、操作スティック２１および操作スティック２２の位置は飛行制御部３５からスラスタ１４に出力される指令値に対応する位置にあり、制御モードの切り替え時において操作スティック２１および操作スティック２２の連続的な操作が可能となる。つまり、操作スティック２１および操作スティック２２の位置は、自動制御モードのとき、指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に対応する最新の位置に移動している。したがって、自動制御モードから手動制御モードへの切り替え時における姿勢の変化を低減することができ、安全性および信頼性を高めることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
第２実施形態による飛行装置１１の操縦システム１０について説明する。
第２実施形態による飛行装置１１の操縦システム１０は、物理的な構成が第１実施形態と実質的に同一であり、制御が第１実施形態と異なっている。
第２実施形態では、モード切替部５７は、操作者が操作する操作スティック２１および操作スティック２２の位置と、自動制御モードにおける指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に基づく操作スティック２１および操作スティック２２の位置との差を差分Ａとして算出する。そして、モード切替部５７は、この差分Ａが予め設定された閾値Ｓよりも大きくなると、飛行装置１１の制御モードを自動制御モードから手動制御モードへ切り替える。
【００３０】
操作者は、飛行装置１１が自動制御モードで制御されているとき、操作スティック２１および操作スティック２２を操作することができる。この操作者によって操作される操作スティック２１および操作スティック２２の位置は、現在位置Ｐｎとなる。一方、自動制御モードのとき、操作スティック２１および操作スティック２２の位置は、第１実施形態で説明したように指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に基づいて目標位置Ｐｔに変更されている。モード切替部５７は、この現在位置Ｐｎと目標位置Ｐｔとの差分Ａが閾値Ｓより大きくなると、飛行装置１１の制御モードを自動制御モードから手動制御モードへ切り替える。
【００３１】
具体的には、図４に示すようにモード切替部５７は、現在位置Ｐｎおよび目標位置Ｐｔを取得する。すなわち、モード切替部５７は、操作量検出部５３から操作スティック２１および操作スティック２２の現在位置Ｐｎを取得する。また、モード切替部５７は、指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に基づいて、操作スティック２１および操作スティック２２の目標位置Ｐｔを設定する。モード切替部５７は、これら現在位置Ｐｎと目標位置Ｐｔとの差を差分Ａとして算出する。そして、モード切替部５７は、算出した差分Ａと閾値Ｓとを比較し、差分Ａが閾値Ｓより大きくなると、飛行装置１１の制御モードを自動制御モードから手動制御モードへ切り替える。これにより、飛行制御部３５は、飛行装置１１の制御モードを自動制御モードから手動制御モードへ移行し、飛行装置１１のスラスタ１４を操作スティック２１および操作スティック２２への操作に基づいて制御する。
【００３２】
また、モード切替部５７は、算出した差分Ａに基づいて、不感領域および微感領域を設定してもよい。すなわち、モード切替部５７は、算出した差分Ａと閾値Ｓとの差が予め設定した設定値Ｘよりも小さいとき、不感領域とする。モード切替部５７は、この不感領域のとき、差分Ａと閾値Ｓとの間に設定値Ｘよりも小さな差があっても、飛行装置１１の制御モードを自動制御モードから手動制御モードへ切り替える。一方、モード切替部５７は、算出した差分Ａと閾値Ｓとの差が設定値Ｘよりも大きいとき、微感領域とする。モード切替部５７は、この微感領域のとき、差分Ａと閾値Ｓとの間に設定値Ｘよりも大きな差があることから、操作スティック２１および操作スティック２２の目標位置Ｐｔを現在位置Ｐｎに徐々に近似させる。このように、不感領域および微感領域を設定することにより、自動制御モードから手動制御モードへの切り替えを、短時間かつなめらかに移行させることができる。
【００３３】
第２実施形態では、モード切替部５７は、操作者が操作する操作スティック２１および操作スティック２２の現在位置Ｐｎと、指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に基づく操作スティック２１および操作スティック２２の目標位置との差分Ａを算出する。そして、モード切替部５７は、この差分Ａが予め設定された閾値Ｓよりも大きくなると、飛行装置１１の制御モードを自動制御モードから手動制御モードへ切り替える。これにより、例えば自動制御モードにおける指令値Ｍ１〜指令値Ｍ４に基づく操作スティック２１および操作スティック２２の目標位置Ｐｔの制御に個体差などのずれがある場合でも、操作者による操作スティック２１および操作スティック２２の操作が優先される。したがって、自動制御モードから手動制御モードへの切り替え時における姿勢の変化を低減することができ、安全性および信頼性を高めることができる。
【００３４】
（第３実施形態）
第３実施形態による飛行装置１１の操縦システム１０について説明する。
第３実施形態では、図５に示すように操縦システム１０は、外力検出部７１を備えている。第３実施形態の場合、外力検出部７１は、操縦入力装置１２に設けられており、制御演算部５１でコンピュータプログラムを実行することにより、ソフトウェア的に実現されている。なお、外力検出部７１は、ハードウェア的、またはソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現してもよい。外力検出部７１は、主に手動制御モードのときに機能する。
【００３５】
外力検出部７１は、操作量検出部５３から操作スティック２１および操作スティック２２の操作量Ｓ１〜操作量Ｓ４を取得する。また、外力検出部７１は、飛行装置１１の状態検出部３４から飛行装置１１の飛行状態を取得する。外力検出部７１は、取得した操作量Ｓ１〜操作量Ｓ４と、飛行状態とから飛行装置１１に加わる外力を検出する。例えば屋内などのように飛行装置１１が気流の影響を受けない空間を飛行するとき、飛行装置１１の飛行状態は、操作者が操作する操作スティック２１および操作スティック２２の操作量Ｓ１〜操作量Ｓ４を反映する。すなわち、飛行装置１１の飛行状態は、操作量Ｓ１〜操作量Ｓ４をほぼ正確に反映する。一方、風の影響を受ける屋外では、飛行装置１１の飛行状態は、操作者が操作する操作スティック２１および操作スティック２２の操作量Ｓ１〜操作量Ｓ４を正確に反映しない。例えば飛行装置１１の進行方向と逆向きの風があるとき、つまり逆風のとき、スロットル操作量Ｓ４が増加しても、飛行装置１１の飛行速度はスロットル操作量Ｓ４を反映したものとならない。このように、飛行装置１１が外乱など外力の影響を受けるとき、操作量Ｓ１〜操作量Ｓ４と飛行状態とは相関しない。そこで、外力検出部７１は、取得した操作量Ｓ１〜操作量Ｓ４と、飛行装置１１に加わる加速度や進行方向とを対比することにより、飛行装置１１が飛行する空間の風速および風向を外力として検出する。
【００３６】
第３実施形態では、位置変更部５６は、この外力検出部７１で検出した飛行装置１１に加わる外力に応じて、操作スティック２１および操作スティック２２に加える力を変更する。すなわち、位置変更部５６は、アクチュエータ６１〜アクチュエータ６４を駆動して、操作スティック２１および操作スティック２２に加える力を変更する。例えば飛行装置１１が外力すなわち風を受けるとき、位置変更部５６は、この風の風速に応じた力を操作スティック２１および操作スティック２２に加える。
【００３７】
一例として、飛行装置１１は、進行方向において右前方からの風を受けているとする。このとき、飛行装置１１は、風上である右前方へ移動するとき抵抗力を受け、風下である左後方へ移動するとき推進力を受ける。そこで、位置変更部５６は、操作スティック２１のラダーまたは操作スティック２２のエルロンを右側へ操作、操作スティック２２のスロットルを前方へ操作するとき、操作スティック２１および操作スティック２２に対し風速に応じて操作を妨げる力を加える。反対に、位置変更部５６は、操作スティック２１のラダーまたは操作スティック２２のエルロンを左側へ操作、操作スティック２２のスロットルを後方へ操作するとき、操作スティック２１および操作スティック２２に対し風速に応じて操作を補助する力を加える。
【００３８】
このように、位置変更部５６は、外力検出部７１で検出した飛行装置１１に加わる外力に応じて、操作スティック２１および操作スティック２２に力を加える。これにより、操作スティック２１および操作スティック２２を操作する操作者は、位置変更部５６から操作スティック２１および操作スティック２２に加わる力に基づいて、飛行装置１１に加わる外力を体感する。その結果、操作者は、外力の影響を考慮してより精密な操作を行なうことができる。したがって、手動制御モードにおける飛行装置１１の制御精度が向上し、より精密な飛行の制御を行なうことができる。
【００３９】
（第４、第５実施形態）
第４実施形態による飛行装置１１の操縦システム１０について説明する。
第４実施形態では、操縦入力装置１２の構成が上記の実施形態と相違している。
第４実施形態では、図６に示すように操縦入力装置１２の操作スティック２１および操作スティック２２は、それぞれ可動式の雲台７２、雲台７３に設けられている。操作スティック２１が設けられている雲台７２および操作スティック２２が設けられている雲台７３は、いずれも装置姿勢変更部７４によって駆動される。この場合、雲台７２には、操作スティック２１だけでなく、操作スティック２１の位置を変更するアクチュエータ６１およびアクチュエータ６２を設けてもよい。また、雲台７３には、操作スティック２２だけでなく、操作スティック２２の位置を変更するアクチュエータ６３およびアクチュエータ６４を設けてもよい。
【００４０】
図７に示すように装置姿勢変更部７４は、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの協働によって実現されており、アクチュエータ７５およびアクチュエータ７６を有している。装置姿勢変更部７４は、状態検出部３４で検出した飛行装置１１の飛行状態、特に飛行姿勢に応じてアクチュエータ７５およびアクチュエータ７６を駆動する。これにより、操作スティック２１および操作スティック２２は、飛行装置１１の飛行姿勢に対応して姿勢が変化する。例えば飛行装置１１が右に傾斜しているとき、この飛行装置１１の姿勢に応じて雲台７２および雲台７３も右に傾斜する。その結果、操縦入力装置１２を操作する操作者は、飛行装置１１の姿勢を体感しつつ操作スティック２１および操作スティック２２を操作可能となる。
【００４１】
また、第５実施形態では、操縦入力装置１２は、図８に示すようにそれ自体が可動式の雲台８１に設けられている。この操縦入力装置１２が設けられている雲台８１は、装置姿勢変更部によって駆動される。図９に示すように装置姿勢変更部８２は、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの協働によって実現されており、アクチュエータ８３を有している。装置姿勢変更部８２は、状態検出部３４で検出した飛行装置１１の飛行状態、特に飛行姿勢に応じてアクチュエータ８３を駆動する。これにより、操作スティック２１および操作スティック２２が設けられている操縦入力装置１２は、その全体の姿勢が飛行装置１１の飛行姿勢に対応して変化する。例えば飛行装置１１が右に傾斜しているとき、この飛行装置１１の傾斜に応じて雲台８１も右に傾斜する。その結果、操縦入力装置１２を操作する操作者は、飛行装置１１の姿勢を体感しつつ操作スティック２１および操作スティック２２を操作可能となる。
【００４２】
第４実施形態および第５実施形態では、操作スティック２１および操作スティック２２、またはこれらが設けられている操縦入力装置１２は、飛行装置１１の飛行姿勢に応じて姿勢が変化する。これにより、操作者は、飛行装置１１の飛行姿勢、すなわち飛行装置１１の傾斜を体感しつつ操縦入力装置１２の操作を行なうことができる。したがって、飛行装置１１の姿勢を理解しながら操作することができ、特に手動制御モードにおいて、より精密な飛行の制御を行なうことができる。
【００４３】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
例えば、上記の複数の実施形態では、モード切替部５７および外力検出部７１を操縦入力装置１２に設ける例について説明した。しかし、モード切替部５７および外力検出部７１は、いずれか一方または両方を飛行装置１１に設ける構成としてもよい。また、飛行装置１１または操縦入力装置１２のいずれか一方に設けられている構成も、可能であれば他方または双方に設けてもよい。いずれにしても、本実施形態における各構成は、飛行装置１１としての機能を維持できる範囲で飛行装置１１または操縦入力装置１２に選択的に設けることができ、飛行装置１１と操縦入力装置１２とで機能を分担してもよい。
【００４４】
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００４５】
図面中、１０は操縦システム、１１は飛行装置、１２は操縦入力装置、１４はスラスタ、２１、２２は操作スティック、３４は状態検出部、３５は飛行制御部、５６は位置変更部、７１は外力検出部、７４、８２は装置姿勢変更部を示す。
【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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【図９】
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