(57)【要約】【課題】  同一周波数で混信を防止する無線操縦装置を提供すること【解決手段】  複数の可変抵抗１１０ａ〜１１０ｆは、操作棒２１０の位置により異なった電圧を発生する。マルチプレクサ１２０は、複数の可変抵抗１１０ａ〜１１０ｆから出力された出力電圧を選別する。アナログ・デジタル変換器１４０は、マルチプレクサ１２０から出力された出力電圧を数値化する。中央処理装置１３０は、アナログ・デジタル変換器１４０で数値化されたデータをビット数に基づく分解能により処理をする。無線モジュール１５０は、中央処理装置１３０から出力されたデータを送信する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部材の位置により異なった電圧を発生させるための複数の可変抵抗と、
前記複数の可変抵抗から出力された出力電圧を選別するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサから出力された出力電圧を数値化するアナログ・デジタル変換器と、
前記アナログ・デジタル変換器で数値化されたデータをビット数に基づく分解能により処理をする中央処理装置と、
前記中央処理装置から出力されたデータを送信する無線モジュールと、
を有する無線操縦装置。
【請求項２】
前記中央処理装置は、パケットデータを前記無線モジュールに出力し、更に、前記操作部材の位置に変化があったとき、前記パケットデータから変化したデータのみを変更して、新たなパケットデータとして前記無線モジュールに出力する請求項１記載の無線操縦装置。
【請求項３】
前記中央処理装置は、前記分解能として使用するビット数のうち最上のビットをプラスとマイナスの符号を示すデータとする請求項１又は２に記載の無線操縦装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の無線操縦装置は産業用としては車両やロボットなどの装置を電波を用いて遠隔操作する為の操縦装置であり、遊具等の分野に於いては、模型飛行機や模型船舶等の模型を電波を用いて遠隔操作する操縦装置の分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
昔から広く用いられている無線操縦装置としてはラジオコントロール装置、通称ラジコンと呼ばれている。古くはシングルトーン、つまり一つの音声信号を高周波に変調して送信し、それを受信した受信機はその信号をサーボモータに伝え、サーボモータが制御アーム等の位置を周期的に変えることで制御するシングル型、１９７０年代にはリードを共振させる周波数の音声信号を高周波に変調させて送信し、受信側はその音声信号を取り出して、受信機内に配置された金属製のリードを共振させて動かすサーボモータを決定するリード方式が一般的だった。リード方式になって初めて複数のサーボモータを一つの送信機で制御できるようになった。しかし、リード式は信号有り、無しの制御しかできない為、比例制御をすることができなかった。その後、アナログ・プロポーショナル方式が開発され、送信機に着いた制御棒が可変抵抗器に接続されており、制御棒の角度を変えると可変抵抗器の抵抗値が変化する。この抵抗値変化を変調用信号の周波数変化として用い、これを搬送波に変調して送信する。受信機はこの周波数変化から変位値を取り出し、その値をサーボモータに伝えることで送信側の制御棒の角度、つまり中心位置からの変移をサーボモータに反映させる事が可能になった。近年はディジタル・プロポーショナル方式が開発された。この方式では変移情報を変調用信号のデューティ比を変えることで制御棒の位置をサーボモータに反映させる方式である（特許文献１参照）。
【０００３】
無線制御装置の搬送波として用いられる周波数帯は古くは２７ＭＨｚ帯、最近では４０ＭＨｚ帯や７２ＭＨｚ帯が一般的になっている。変調方式は項規格の無線操縦装置に於いては周波数変調方式が一般的である。通信距離は無線規格に因って異なるが、模型の航空機等では見通し距離で２キロメートルと遠距離に及ぶものがある。
【０００４】
同じバンドの送信機を同時に使わない為に送信機のアンテナにバンドが判るように色分けしたペナントを付けたり、バンドの表示をしたバッジを用意して、バッジの保持者にそのバンドを使う優先権を与えたりして、混信防御の方法としている。
【特許文献１】特公平７−１０４７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
模型等に用いられている無線操縦装置は、使用する送信周波数がバンドで割り振られている。例えば、複数の無線操縦の模型を同時に制御する為には、各無線操縦装置毎に異なったバンドを用いなければ混信を起こしてしまい、送信機からの信号がその送信機とペアを組む受信機に受信されず、又は他の送信機からの信号を受信してしまい誤動作する可能性がある。しかし、模型航空機用の規格では通達距離が２キロメートルにもなるので、電波の届く範囲に同じバンドを使っている人がいるかの確認は容易ではない。しかし、模型の航空機では制御不能になった場合は思わぬ場所に墜落して、動産や不動産等に接触してしまう可能性がある。特に、模型用エンジンを搭載した模型航空機ではその重量故に被害も大きくなる可能性がある。
【０００６】
一方、送信機の制御棒の状態をデジタル式に送信するディジタル・プロポーショナル方式が開発されているにも係わらず、デューティ比を変えるに留まっている。この方法では、制御棒の位置情報に関する分解能には限界があり、より細かい制御を行う場合には適していない。従って、細かな制御を実践する為には、制御棒の位置を数値化して送ることが望まれる。
【０００７】
また、現在の無線操縦方式では、送信機が絶えず電波を出している場合が多く、送信機側の電力消費量を増加させている原因となっている。制御は、基本的に制御棒の位置が変化した場合に位置情報を含んだ信号を送信すれば良いのであるから、間欠的に送信する方法が考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の無線操縦装置は、操作部材の位置により異なった電圧を発生させるための複数の可変抵抗と、前記複数の可変抵抗から出力された出力電圧を選別するマルチプレクサと、前記マルチプレクサから出力された出力電圧を数値化するアナログ・デジタル変換器と、前記アナログ・デジタル変換器で数値化されたデータをビット数に基づく分解能により処理をする中央処理装置と、前記中央処理装置から出力されたデータを送信する無線モジュールと、を有する。
【０００９】
本発明の無線操縦装置は、前記中央処理装置がパケットデータを前記無線モジュールに出力し、更に、前記操作部材の位置に変化があったとき、前記パケットデータから変化したデータのみを変更して、新たなパケットデータとして前記無線モジュールに出力する。また、前記中央処理装置が、前記分解能として使用するビット数のうち最上のビットをプラスとマイナスの符号を示すデータとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、異なった２台の無線操縦装置が同じ搬送波周波数、つまり同じバンドを用いて操縦を行っても、混信によって生じる信号の取り違えの割合を減少させ、強いては、信号の取り違いや喪失によって生じる受信側の誤動作を押させる効果がある。同時に信号の間欠送出を行うことで、連続送出と比較して送信で費やされる電気エネルギーを削減することが可能である。この事は無線操縦装置の送信機が電池で稼働している場合には、電池の寿命を伸ばす効果も併せ持つ。また、アナログ状態に近い形で行っていた情報の伝達も数値に置き換えて電送することで、制御の精度が増す事が効果として上げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するに当たり、農薬の空中散布を行う模型飛行機を４０ＭＨｚ（メガヘルツ）帯の周波数変調型の無線操縦装置を用いた。本無線操縦装置が制御可能なサーボモータは６個とし、制御内容はエンジン・スロットルの開閉、尾翼部方向舵（ラダー）、尾翼部昇降舵（エレベータ）、主翼部方向舵（エルロン）、フラップ及び農薬散布用ポンプの駆動とした。制御方法は何れもポロポーショナル（比例）方式で、サーボモータを角度を持って制御できる方式とした。模型飛行機は安定性を考慮し、高翼型の飛行機を用いた。使用したエンジンは４サイクルの１６０型（排気量２７ｃｃ）のグローエンジンを用いた。農薬の噴出口は主翼の下に配置し、その数は左右対称に５個配置した。農薬は液状のものを用いた。
【実施例１】
【００１２】
まず、受信機が受信すべき信号を識別する為の識別信号について説明する。図１は、本実施例で使用した送信機側の機能を示すブロック図である。同様に、図３は受信機側についての機能を示すブロック図である。図２は、本実施例で用いた無線操縦装置の操縦棒に付いてのハードウエア例である。
【００１３】
先ずは、送信機側の機能について説明する。図２の操縦棒２１０は、左右上下に動く構造を持つ。左右をＸ軸、上下をＹ軸とすると、Ｘ軸及びＹ軸の線上には可変抵抗２２０、２３０が固定されており、各可変抵抗１１０ａ〜１１０ｆの軸は操縦棒２１０の動きに連動して回転変化する。可変抵抗１１０ａ〜１１０ｆには５Ｖの電圧が印可されており、可変抵抗１１０ａ〜１１０ｆの軸の位置により異なった電圧を取り出せる構造となっている。つまり、可変抵抗１１０ａ〜１１０ｆの出力電圧が操縦棒２１０の位置を表している。可変抵抗１１０ａ〜１１０ｆの出力電圧は、マルチプレクサ１２０で選別されて、中央処理装置１３０に具備されたアナログ・デジタル変換器１４０に入り、数値化される。本実施例で用いた中央処理装置１３０では、１０ビットのアナログ・デジタル変換器１４０が具備されていた為、下位８ビットを用いた。その内の最上ビットは、＋（プラス）−（マイナス）の符号として用いた。従って、操縦に関する分解能は、各操縦棒に付いてプラス側１２８段階、マイナス側１２８段階である。中央処理装置１３０で数値化されたデータは、無線モジュール１５０によって送信される。
【００１４】
次に、無線操縦装置の通信距離は２ｋｍ以下と想定すると、同じバンドの送信機を持つ操縦者が１０人に満たないと考えられる。しかし、識別符号は、一度送信機及び受信機に書き込んでしまうと変更するのが面倒なので、変更しなくても支障が出ないように８ビットとした。従って、２５６通りの符号が可能である。図５は、送信に用いたパケットの情報に関する構成図を示す。
【００１５】
本実施例で用いた無線操縦装置のサーボモータ数は６個であり、そのデータ量は６バイトである。それに識別番号を加えても７バイトであり、データパケットの前後のプリアンブル信号を各１バイト毎を入れても、合計で９バイトである。更にデータ変換方法としてマンチェスター法を用いたことで１８バイト、また各バイトをＲＳ−２３２Ｃ形式のデータとした為、スタートビット、ストップビット、パリティビットの３ビットが加わった。その結果、データパケットの長さは１９８ビット（１１ビットｘ１８）となる。また、本実施例の送信モジュールの転送速度は１１５ｋｂｐｓ（キロビット毎秒）である為、本パケットの送信時間は１．７２ミリ秒である。従って、２０ミリ秒に１回送信しても、１秒間に５０回の送信が可能となる。５０回送信／秒程度の送信であれば、連続送信と余り大差ないと考えられた為、本実施例では送信間隔を２０ミリ秒毎とした。
【００１６】
また、１秒間の送信回数が多いことから、通信に於けるハンドシェークは必要なく、送信機側は定期的な送信を繰り返し、受信機側はパリティ値を確認しながら、データが誤っていると判定された場合は、次に送信されてくるデータを待つ事とした。図４は、パケット送信のタイミングを示した図である。
【００１７】
一方、受信機３００は無線モジュール３４０でパケットを受信し、中央処理装置３３０がその中の識別符号を抽出し、事前に書き込まれていた識別符号と照合する。自分宛の信号であった場合はパケットの残りの部分から各サーボモータ用の数値を抜き出し、サーボ制御器３２０によってサーボモータ３１０ａ〜３１０ｆが作動する信号に変えて印加する。
【００１８】
本実施例では、実際のパケットの送信時間は２ミリ秒以下であるのに、２０ミリ秒間隔で送信を繰り返すことで、１．７２秒の送信後に１８秒間以上の時間が電波の送出されない時間帯となる。この時間帯に電波が送出されない事で、弱い電波が強い電波の混信を受けずに、指定の受信機に到達することができるチャンスが生まれる。
【００１９】
次に、操縦に関する状態に変化が起こった場合について説明する。ここで言う変化とは、例えば操縦棒２１０の位置に変化があった場合である。模型飛行機とは言え、航空機である以上その飛行に気流や気象の影響を受けるのは当然である。従って、操縦者は機体の姿勢を制御する為に、操縦棒２１０を操作して姿勢の維持を図る。また、操縦者が機体の方向を変えたり、機体の高さを変えたりする時も、操縦棒２１０を操作する。操縦棒２１０を操作した場合は、いち早くその情報を機体に伝える必要がある。
【００２０】
本実施例の無線操縦装置は、操縦棒２１０の位置が変化するとイベント信号が発生し、それが中央制御装置１３０の割り込みに入り、中央制御装置１３０はいち早く新しい操縦棒２１０の位置情報を受信側に伝えようとする。変化は複数の制御棒２１０に同時に起こる可能性があるので、全てのサーボモータ３１０ａ〜３１０ｆへの情報を集めてから送信する事も考えられるが、アナログ・デジタル変換やパケット構成等は時間の掛かる作業である為、変化のあった制御棒２１０の位置情報のみ新たなデータとして読み込み、中央制御装置１３０が割り込みが発生する前に、送信したパケットに変化のあった部分のみ書き換えて送信する方法をとる。模型飛行機とは言え、グローエンジンを具備する模型飛行機は時速３０〜５０ｋｍで飛行する為、サーボモータへより早いデータ転送が望まれる。従って、操縦棒２１０の位置が変化し、この情報が図１の中央制御装置１３０に割り込みとして伝わると、それまで２０ミリ秒の定期的な時間割りで送信されていたパケットが図６で示す様に、図１の中央制御装置１３０は各制御棒２１０の位置情報を読みとって、その値を数値化し、送信する。この様にして変化があった場合に素早く対応できる。
【００２１】
また、情報を定期的に送ることは、受信側の中央処理装置３４０が常に送信機の電波の届く範囲内にいることを確認でき、万が一、送信機の通信範囲を逸脱してしまった場合には、受信機の中央処理装置３４０は、ソフトランディングなどの処置を独自に行うことができる可能性を与えることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
模型航空機と言っても、単に趣味を目的とした模型だけでなく、通常の航空機による高所からの写真撮影や、害虫駆除を目的とする農薬散布などの作業に、本模型航空機が用いられる場合がある。その規模は、通常の航空機によるものと比較すると小規模であるが、測量や農業への貢献度は高い。
【００２３】
また、無線と言う不的確な通信手段を用いて模型航空機を制御する事は操縦に関する不的確さとなって現れるが、アナログに近いデータを使って制御するよりも、数値を用いてデジタル的に制御することで操縦精度を増す結果となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】無線操縦装置に於ける送信装置のブロック図
【図２】無線操縦で用いられる一般的な操縦棒とその機構を示す図
【図３】無線操縦装置に於ける受信装置のブロック図
【図４】変化の無い場合の送信に関するタイミング図
【図５】送信パケットの内容を示した図
【図６】操縦の状態が変化した場合の送信タイミング図
【符号の説明】
【００２５】
１００  送信機
１１０  可変抵抗
１２０  マルチプレクサ
１３０、３３０  中央処理装置
１４０  アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）
１５０、３４０  無線モジュール
２１０  操作棒
２２０  可変抵抗（Ｘ軸用）
２３０  可変抵抗（Ｙ軸用）
３００  受信機
３１０  サーボ
３２０  サーボ制御器
【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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