(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号で操縦される走行物体に於いて、
走行物体向きの変更手段を備えることと、
無線信号の飛来方向を検出することと、
無線信号を受信解読して目標方向を得ることと、
前記検出された飛来方向は、走行物体の前後方向の後方向を基準として、時計回りとしたときの値がθであり、
かつ、前記受信解読された目標方向は、無線信号の飛来方向の逆方向を基準として、反時計回りとしたときの値がαであったとすると、
前記αと前記θとの比較演算値に基づいて、前記走行物体の向きが目標方向に近付くように、前記走行物体向きの変更手段を駆動することを特徴とする走行物体。
【請求項２】
目標方向を入力する手段と入力された目標方向を無線信号にのせて送出する手段を備えた操縦器と、前記無線信号を受信解読して従属走行する走行物体とによる遠隔操縦システムに於いて、
前記走行物体は、
請求項１記載の走行物体であることを特徴とする遠隔操縦システム。
【請求項３】
目標方向を入力する手段と入力された目標方向を無線信号にのせて送出する手段を備えた操縦中継器と、前記無線信号を受信解読して従属走行する走行物体とによる遠隔操縦システムに於いて、
前記走行物体は、
請求項１記載の走行物体であることを特徴とする遠隔操縦システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、各種走行模型やゲーム機やペットロボットなどの玩具類または、家庭用ロボット、運搬ロボット、危険作業ロボット、福祉機器などにおける走行物体を無線信号を使って、リモートコントロールする装置に関する。
背景技術
リモートコントロール走行装置は、特に玩具類では数多く普及しているが、これらのほとんどは、操舵レバーと前後進の速度レバーのついた操縦器を操作し、ここで入力された走行速度および操舵量のデータを、無線信号で送信し、走行物体はこれを受信し、受信データにしたがって操舵装置および走行装置を駆動するものである。
すなわち走行物体内の操縦自体を単に無線信号で遠くに持ってきただけのものである。
したがって、操縦者は、操縦は走行物体の中にいる感覚で、また、視覚的には遠くから客観的に走行物体を見ている感覚でということになり、操縦と視覚がちぐはぐな状態で操縦することになる。
そのため、これを上手に操縦をするには、よく訓練を積んで頭のなかでこの矛盾を解決する特殊な感覚を身につける必要があり、普通の人には操縦がたいへん難しい。例えば、走行物体が手元から離れていく場合と、戻ってくる場合とでは、ハンドル操作が左右全く逆になるということからも難しいことは理解される。
一つの解決方法として、走行物体にテレビカメラを積んでその映像を無線信号で送信し、操縦者はそのカメラからの映像をモニター画面に映しながら操縦器を操縦し、それを走行物体に送信するというような、視覚を走行物体内に移して、視覚と操縦を一致させる方法があるが、大掛かりな装置になってしまう。
本発明では、逆に操縦の仕方を客観化して視覚に合わせることにより、操縦を易しくすることを目的としている。
発明の開示
本発明の大まかなブロック図を図４６に示す。操縦器１には、向き操縦手段１７０と走行操縦手段１７１があり、向き操縦手段１７０は具体的には、テレビゲームで使用するジョイスティックなどを使い、倒す方向によって目標向きαを入力する。
走行操縦手段１７１は、走行の有無や、前進と後進を切り替えたり、速度を指定するもので、スイッチやレバー付き可変抵抗器など任意である。さらにジョイスティックの倒したかどうかの情報などもこれにあたる。そしてこれらはマイクロプロセッサに読み込まれて、目標向きαおよび走行信号は無線操縦信号として放出される。さらに一定時間の無変調無線信号が飛来方向検出用として放出される。これにさらに走行以外の操縦も加わるが省略する。
走行物体２には、無線操縦信号を受信解読して目標向きαと走行信号を得る無線操縦信号受信解読手段１７２と、もう一つは無線信号を受信してこの飛来する方向θを検出する無線飛来方向検出手段１７４をそなえる。無線信号の飛来方向θがわかると、向き演算１７５の簡単な演算で、操縦器１と走行物体２を結ぶ線を基準にした、走行物体の相対向きβがわかる。
操縦信号に含まれる目標向きαを得て、α−βで走行物体の向き変更手段１７６を駆動すると、αとβが異なる場合、走行物体は回転し、回転につれてβはαに近づいて行き、β＝αになるまで回転して止まる。すなわち走行物体は、常に、目標向きαの方向を向くように自動制御されることになる。これは図の点線のように暗黙のフィードバックがあるためである。同時に走行信号は走行手段１７７を駆動する。そして走行物体は向き変更と走行を組み合わせて正常に走行することになる。
ここで目標向き信号αと操縦桿の倒す方向を調整してあれば、操縦桿を倒した方向に走行物体は向いて進んで行くことになり、操縦がたいへんわかり易くなる。ただし、操縦器１は図１のように走行物体２の方向に向いた状態で調整されているものとする。
走行物体の走行形式としておおまかに分類して２種類あり、１つは、図１に示すような左右に独立した駆動輪を持った形式である。この場合は左右輪が同方向の回転が走行手段であり、左右輪が逆方向の回転が向き変更手段ということになる。
２つ目は、自動車や船などのように操舵と走行が機械的に分離されている形式である。この場合は操舵が向き変更手段、駆動輪が走行手段ということになるが、この場合は、操舵に走行が伴ってはじめて走行物体の向き変更動作が行われる。しかし、両者は走行が伴わなければならないかどうかの違いがあるが本質的には同じように考えられる。
また、このリモートコントロールシステムの特異な点として絶対方位を用いていないという点である。すなわち方位の基準は無線信号を発する操縦器の一点と制御される走行物体の飛来方向検出器を結ぶ線の方向である。
次に図４７のブロック図を説明する。図４７は、図４６の場合とほとんど同じ機能を持つが、少し構成のしかたを変えた場合の例である。
無線飛来方向検出手段１７４ｂは、指向特性を目標角αで制御して変更できるように構成されている。走行物体２が無線信号を受信すると、目標角αを得、それは無線飛来方向検出手段１７４ｂを制御して指向特性を決定する。そこを通った信号は演算器１７７を通って向き変更手段１７６を駆動し、指向特性が適当に調整してあれば、走行物体２は目標向きαの方向を向くことになる。
図４６のほうが定性的にわかり易く、図４７は図４６の一種の変形と考えられるので、この後は図４６のブロック図のみで考えることにする。
また、無線信号は、電波、光線、超音波などがあるが、飛来方向の検出が可能な状況であれば、いずれも可能であるが、光線または赤外線を使うのが最も簡単である。
電波を使った飛来方向の検出は、従来から船舶の航法として使われてきているが、コンパクトなものにするには、高い周波数の電波を使用する。
発明を実施するための最良の形態
図１は本発明の１実施例の上面図であり、操縦器１、走行物体２、ボール３の関係を示す。
まず操縦器１を説明する。図２、図３はそれぞれ外観の平面図および正面図であり、図６はブロック図である。
ジョイスティックの機構部４にｕ軸回転検出用可変抵抗器５とｖ軸回転検出用可変抵抗器６が付いていて、しゅうどう点をＡ／Ｄコンバータ３２、３３につないで電圧を読むことにより、ｕ，ｖの回転角がわかり、これを逆三角関数で変換すればジョイスティックつまみ７を倒した方向を角度として読むことが出来る。
押しボタンスイッチ９は走行速度を上げるため、１０は後退を指示するため、１１は停止させるためのスイッチである。
マイクロプロセッサ３８は、これらの入力を、毎秒数十回、操縦データとしてパラレル・シリアル変換器３４に送り出す。搬送波発信器３５では、４５５ｋＨｚの周波数で発信し、変調器３６でＡＳＫ変調され、増幅器３７で増幅されて、発光ダイオード８ａ、８ｂ、８ｃに加えられ、そこから赤外線になって送り出される。これらの波形を図８に示す。また、３個の赤外線発光ダイオード８ａ、８ｂ、８ｃは図２のように角度を変えてならべてあり、ちいさな赤外線透過窓１２から水平方向に照射幅角δを広げて、赤外線を放射できるよう配置されている。また、光束は発光中心点５０付近を通る。
走行物体２については図４、図５はそれぞれ平面図、側面図であり、図７はそのブロック図である。走行物体２の頂上に４個の受光素子２０、２１、２２、２３が受光面を外側にして円周上に並んでいる。この出力は、図７のスイッチ回路４０に入り、マイクロプロセサ４６からの選択信号で選ばれた信号が次の帯域フィルタに入る。ここで必要な信号がふるい分けられて可変増幅器４２に入る。これは多段切り替えスイッチと多数の抵抗器、増幅器などで構成されるが、マイクロプロセッサ４６からの信号で増幅率はコントロールされる。この可変増幅器４２の出力は、ＡＭ検波器４３に入り、検波され、Ａ／Ｄコンバータ４９に入り、電圧が読み取られる。またこの信号は波形成形器４４にも入り、デイジタル信号に変換され、シリアル・パラレル変換器４５でパラレル信号に変換されてマイクロプロセッサ４６でこの受信データは読み取られる。
ここで図８の波形図にそって動作を説明すると、操縦器１では図８（ａ）に示す信号が作られる。１：スタート信号はブロックの最初を示すコード、２：目標向きデータはジョイスティックを倒した方向に相当する方向角、３：アドレス＆スイッチデータは複数台の走行物体を識別するアドレスと、スイッチ９、１０、１１を押したかどうかの情報、および、ジョイスティックつまみ７を倒したかどうかの情報を含む。４：チェックコードこれは、受信データが正しいかどうかを判定するためのコードである。ここでは水平垂直パリテイをつかっている。５：飛来方向検出用信号これは、走行物体２側で、操縦器１の方向を知るための信号であり、１文字時間の無変調の搬送波を送信している。
図８（ｃ）は操縦器１の発光ダイオード８ａ、８ｂ、８ｃに加えられる信号であり、（ｄ）は走行物体２の受光素子を通り、帯域増幅器４１または、可変増幅器４２の出力波形である。（ｅ）は検波後の波形成形器４４の出力波形である。
次に、操縦器１からの信号を、走行物体２が受信するときの動作を図７で説明する。４個の受光素子２０、２１、２２、２３は、受けた光を電圧に変えてスイッチ回路４０に送る。初期状態では、スイッチ回路４０はマイクロプロセッサから切り替え信号を受け、走査している。また、可変増幅器４２は、最大感度になっている。ここで赤外線信号を受けている受光素子が選ばれたとすると、受信信号が発生し、それは帯域フィルタ４１、可変増幅器４２、波形成形器４４を通り、図８（ｅ）の波形がシリアル・パラレル変換器４５に入りパラレル信号列としてマイクロプロセッサ４６に読み込まれる。受信ブロックのエラーチェックを行い、良ければ飛来方向の検出に移る。
まず、Ａ／ＤコンバータでＡＭ検波器４３の出力を読みながらスイッチ回路４０を走査する。最大の出力が出る受光素子を選択したときにでも、増幅器がリニア領域であり、かつ最大出力が出るように可変増幅器４２の増幅率を決める。
そこで、可変増幅器４２の増幅率を一定に保ったまま、スイッチ回路４０を順次走査し、Ａ／Ｄコンバータ４９で４個の受光素子の出力を読み取る。４個の受光素子の中で最大出力となる受光素子の受光面の方向が大まかな飛来方向である。次に細かい角度を求めるために補正を行う。図９のＶ（０），Ｖ（１），Ｖ（２），Ｖ（３）はそれぞれ受光素子２０、２１、２２、２３の出力値／受光角の実測曲線である。但し、受光角θの定義は図１１のように決める。
図９の特性から、受光角θの種種の値に対し、最大となるＶ（ｍ）と２番目に大きいＶ（ｎ）の比Ｖ（ｎ）／Ｖ（ｍ）のグラフを描くと、ほぼ図１０のようになる。ここで、ある瞬間、Ｖ（１）が最大、Ｖ（０）が２番目の電圧であったとすると、図９から受光角は、０°と４５°の間であることがわかり、ｘ＝Ｖ（０）／Ｖ（１）を計算し、図１０にあてはめると、詳細な受光角すなわち飛来角θが求まる。但し図１０は、あらかじめ計算してデータとしてＲＯＭに入っているものとする。また、図１１の１８０°軸方向が走行物体２の前方向である。
受光素子の特性の補足説明をすると受光素子２０−２３の外形は図１９のようなかまぼこ形をしているが、このため赤外線が図１９のように真横から入ってきた場合にも、正常な感度を持つことが出来る。すなわち図１９の０°を中心として１８０°を越える範囲で図２０のように連続的に感度特性を持つことが出来る。したがってこの素子を９０°づつ方向を変えて設置したセンサーですべての方向に対して同時に２個以上の受光素子に出力が出ることになり、その比から飛来角を求めることが出来るのである。受光面側の外形が平面型の受光素子では真横からの赤外光線には感度はないので同じことは出来ない。
次に総合的な動作を考える。図１で操縦器１のジョイスティックつまみを正面方向からαの角度方向に倒したとする。操縦器１からは、連続的に図８の信号が発せられているが、このときこれは、図８の２：目標向きデータαとして送信され、さらに、走行命令として、３：スイッチデータの一つがオンになる。そして図８のすべてのデータが送出される。
走行物体２はこの信号を受信すると、アドレスのチェックとデータの誤りチェックをして正しければ、飛来方向検出用信号を受信して、飛来角θを求める。
図１のＹ軸は、操縦器１の赤外線の発光中心点５０と走行物体２の受光素子群の受光中心点５１を結ぶ線である。従ってＹ軸は固定軸ではなく、操縦器１または走行物体２と共に移動する。ここでＹ軸に対する走行物体２の向きをβとすると、図１のようになり、βおよびθの定義を図１のようにとれば、β＝θとなる。ここで目標向きは、すでに受信されたαであるから、誤差角Ｅ＝α−βであり、これを小さくするように走行物体２の向きは制御されることになる。
ここで制御するために次の変換をする。α−β＞＝１８０°のときは  α−β＝α−β−３６０°、α−β＜−１８０°のときは  α−β＝α−β＋３６０°の補正を加える。これによって−１８０＝＜α−β＜１８０となる。そして、図１２のような函数をマイクロプロセッサを使って通すと、向き制御のための電圧Ｖｒｏｔを得ることになる。
これで向きの変更駆動をさせる。すなわちＶｒｏｔを右車輪の駆動に、また−Ｖｒｏｔを左車輪の駆動にＰＷＭ信号を介してそれぞれのモータに加えることになる。
ここでさらに、次のことを考慮する。ジョイスティックつまみを走行物体２の応答速度よりも速く多く回したとすると誤差角は＋１８０°または−１８０°を超えてしまうことがある。これに対処するために、α−βの連続性を利用して図１４のフローチャートのアルゴリズムでＥ＝α−βの幅を３６０°以上に拡張し、ＥＥに変換する。但し、Ｅｂｆは、一つ前のＥをあらわす変数である。
拡張前は、図１２のように誤差角Ｅは−１８０°から＋１８０°の範囲であり、この範囲を超えた場合、たとえばＥ＝１７０°からさらに３０°増えたとき、Ｅ＝２００°にならなければならないのに、この補正をしなければ、不連続点を越えて、−１６０°になってしまい、不都合である。
これを図１４の角度拡張のアルゴリズムを通すと、
0004675023.tif 000002
となり、もとの誤差角Ｅは  ＥＥになって３６０°以上の幅に拡張されることがわかる。この拡張された誤差角ＥＥを使って向き制御のための電圧Ｖｒｏｔを描くと、図１３のようになる。
但し、Ｅを３６０°以上に拡張する函数をｆ（Ｅ）とする。
以上のようにして、走行物体２の向き変更能力よりも速いジョイスティック操作にもついて行けるようにできる。
次に走行制御と組み合わせる。前進走行速度をあらわす電圧をＶｆｗｄとすると、左モータ２５には、Ｖｆｗｄ−Ｖｒｏｔ、右モータ２６には、Ｖｆｗｄ＋Ｖｒｏｔに相当するＰＷＭ電圧を与える。
つぎに、停止状態から走行開始時の改良走行について述べる。図１５で走行物体２は図の状態で止まっていたとする。ここでジョイスティックつまみ７を手前の方向に倒した場合、通常走行を行わせると、前進走行（Ｖｆｗｄ＞０）と回転（Ｖｒｏｔ）のくみあわせで走行軌跡が決まるため、最初円を描いて走行し、やがて目標方向に近づくと直線走行に切り替わるような軌跡６４のような軌跡上を走ることになる。したがって、障害物５５がある場合操縦者の意図に反して走行物体２は障害物５５にぶつかってしまい、思うような操縦ができなくなってしまう。これを改善するために、走行初期は、Ｖｆｗｄ＝０として、その場で回転させ、目標の向きに近づいたところで、通常走行を開始させるようにした。それによって、図１５の軌跡６５のようなコンパクトな軌跡を走行することができる。
次に、走行物体が自動車のように、操舵と走行を組み合わせて、向きを変える構造のものに適用した例を示す。図１６の自動車型の走行物体５６が操縦器１によって操縦されているとする。ここで通常走行を行うと軌跡６０で示すように最初左に操舵されて、左カーブ走行をし、目標方向付近で、直線走行に移る。この場合、最初のカーブで障害物５５にぶつかってしまう。
これを走行初期に向きを変えるアルゴリズムとして、左操舵で前進、一定距離を進むと（５６ａの位置）、逆に右操舵にして後進、（５６ｂの位置）さらに左操舵で前進して、軌跡６１を走行させると、障害物にぶつからずにたどりつくことが出来る。
図１７は自動車型の走行物体の向き変更のフローチャート図である。まず１０１で目標方向と走行物体との向きが近いかどうかを調べ、近ければ、リターンして通常の走行に移り、そうでなければ、１０２どちら回転するのが近いかを調べる。左回転が近い場合のみ書いてあるが、右回転の場合も、回転方向が違うだけで、同様である。まず１０３左に舵をきり、前進する。１０４で回転角をチェックし、一定の角度を回転すると、逆に右に舵をきり、後進とする。ここでふたたび、１０６一定の角度を回転すると、元に戻って、１０３で左に舵をきり、前進に切り替える。これをずっと繰り返す。このとき同時に１０７、１０８で目標向きに近いかどうかをチェックしており、目標向きに走行物体の向きが近づくと、リターンして通常の走行に切り替わる。
ここで走行物体２の動作状態図例を図１８に添って説明する。まず電源を入れたとき、停止状態７０にある。ここで操縦器１のジョイスティックのつまみ７を倒したとする。その信号は目標向きαと走行命令を含んでいて、これを受信すると、状態は向き変更７１に移行する。ここでは、走行物体２は受信した目標向きαに向きを近づけるように回転する。目標向きαと走行物体２の向きβが等しくなると、次の通常走行７２に移行する。この状態では、走行物体２は受信する目標向きαの動きに向きをあわせながら走行する。ここで、操縦器１の停止キー１１を押して停止信号が出ると、走行物体２は向き変更・走行停止状態７３に移行する。ここでは、走行は停止するが、受信するジョイスティックつまみ７の動きデータすなわち目標向きαの変化に追随して走行物体の向きは変化する状態である。その場でジョイスティックつまみ７に合わせて自由に回転する。ここでもし、ボール３が、そばにあれば、それをねらって走行物体２を回転させ、これを打撃棒３０で打つこともできる。停止キー１１を押している間はこの状態が続く。停止キー１１を離すと通常走行７２に戻り、走行を始める。次にまた停止キー１１を押すと向き変更・走行停止７３に移行し停止する。この状態では、走行物体２は止まっているので、じっくりと、方向を合わせることができる。このように走行と停止を繰り返しながら進むと非常に正確な走行をさせることもできる。
通常走行７２の状態でジョイスティックつまみ７を急に大きく回したりすると、目標向きαは急激に変化する。または、目標向きαと走行物体２の向きβが大きく異なることになる。その場合は向き変更７１に移行し、走行を止め、すばやい向き変更をする。目標向きαと走行物体向きβが一致するところまで回転すると、再び通常走行７２にもどり、走行を続ける。
さらに、どんな状態にいても、ジョイスティックから手を離したり、操縦器１からの信号が届かなくなったりすると、停止状態７０にもどり、停止する。
また、図１の実施例では、打撃棒３０でボール３を打つ擬似サッカーゲーム機を想定している。ジョイスティックつまみ７を倒した状態で停止キー１１を押すと、Ｖｆｗｄ＝０となって走行物体２は停止するが、方向だけは有効であり、ジョイスティックつまみ７を倒した方向に、走行物体２は向きを変える。走行物体２を操縦してボール３のそばで止め、ジョイスティックつまみ７を回すと、走行物体２も回転するので、打撃棒３０でボール３を打つことができる。ボール３を飛ばす方向は、走行物体２をボールのどちら側に付けるかと、回転させる方向で決まる。停止キーを押すと、じっくり吟味しながら、進ませたい方向に走行物体２を向けることができるので、停止キー１１を押したり離したりしながら操縦すると、容易に精密な操縦を行うことができる。
次に操縦器１ａの別の例の斜視図を図２１に、ブロック図を図２２に示す。この操縦器１ａは目標方向の入力にはロータリーエンコーダ８８を使用している。ロータリーエンコーダ８８につまみ８４がついていてこれを回すことにより、常に目標方向αを入力している。前進、後進、および速度の切り替えにはスライドつまみ８５のついたリニアエンコーダ８９を使う。スライドつまみ８５はばねで常に真中の停止点に戻るようになっている。スイッチ８６、８７は走行物体２に付いている走行以外のモータを制御するためのものであり、この情報も常に送信されている。
次に、前進と後進の切り替えの例を説明する。これまでの説明では、前進と後進の切り替えは、操縦器１のスイッチ操作または速度レバー操作で切り替える方法を示してきたが、ジョイスティックのレバーで操作する例を示す。図２３は今までの説明のものであり、操縦器１のジョイスティックつまみを目標向きα方向に倒すと走行物体２はαの方向を向いて走る。ここでジョイスティックをいったん中立に戻し、反対側のα１の方向に倒したとする。そうすると走行物体２はいったん停止後、その場で１８０°回転し、α１の方向をむいて走り出す。
新しいモードについて説明すると、このモードでは、走行物体２は停止状態から走行を始めるときに、現在の向きβと受信した目標向きαとの関係を調べる。そしてαとβとの差の絶対値が９０°以内のときは前進とする。逆に９０°より大きいときは後進にする。このように前進と後進を切り替えることにより、ジョイスティックの操作だけで進む方向のみならず前進後進の切り替えも出来ることになる。その例を図２４に示す。ここで、ジョイスティックを中立位置から目標角αの方向に倒すと、｜α−β｜＜９０°なので、走行物体２は前進する。ところが、中立位置からα１の方向に倒すと、｜α１−β｜＞９０°なので後進でα１の方向に走行することになる。これは任意のαおよびβで成立するので、図２５ａのように操縦器１に対して走行物体２が縦方向にあるときはジョイスティックを前後方向に動かすことで前進後進の切り替えができ、また、図２５ｂのように走行物体２が横方向にあるときはジョイスティックを左右方向に動かすことで前進後進の切り替えができる。これは直感的に理解されるので、使い易い。しかし、どちらのモードを選ぶべきかは、用途によって使いやすい方を選ぶことになる。
水平方向に感度を持つように取付けられた受光素子２０、２１、２２、２３のほかに、上の方向に感度をもつ受光素子８０を追加した例を図２６に示す。これは水平方向の受光量と垂直方向の受光量を検出可能となるので、図２７のように、操縦器１が上の方にある場合、走行物体２は両方の受光量の比を求めることにより、仰角μを求めることができる。そしてこの仰角μが一定値になるように速度制御をすると、操縦器１のジョイスティックを手前に引いた状態にしてあれば図２７のように一定の距離を保って走行物体２が人の後をついてくるように出来る。そして、図２８のように、操縦器１を持っている人がしゃがむと、仰角μが一定になるように制御がされているため、自動的に走行物体２は近づいてくることになる。これはペットロボットへの応用に使うと効果的である。
図２９は操縦器１ｂの両端に発光素子８ｃと８ｄを設け、両方から赤外線を放射する例を示す。放射する信号は図３１（１）と（２）のように、飛来方向検出用の信号８２と８３のタイミングが異なる信号である。この信号を走行物体２ｂが受信すると、通常の操縦信号を受信誤りチェックをした後、飛来方向検出用の信号を受信し、２つ信号の飛来方向をタイミングで識別し、β１とβ２を得る。平均値βａｖ＝（β１＋β２）／２を飛来方向として、走行物体２ｂの向き制御を行うと同時に、ε＝β１−β２を距離の代わりに使用して、走行速度の制御を行うと操縦者から一定距離離れたところを走行物体２ｂが走行する制御に使うことが出来る。
さらに操縦器１ｃに３個の発光素子８ｃ、８ｄ、８ｅを設けた例を図３２に示す。３個の発光素子が図３３の（１）、（２）、（３）のように飛来方向検出用の信号８２，８３，８４をタイミングをずらして出すと、走行物体２ｃは３個の発光素子からの飛来方向β１、β２、β３を求めることが出来る。３っつの角度β１、β２、β３がわかれば、操縦器１ｃに対する相対的な位置がわかるので、いろいろな制御をすることが可能になる。
一つの例としてε１＝β１−β２、ε２＝β２−β３とすれば、図３２のように走行物体１ｃの相対位置によってε１とε２の差が異なる。これを利用して、常に操縦者の真前を走行するように自動制御される走行物体のシステムを作ることが出来る。
複数の走行物体にさらに無線信号の送出機能をつけることにより互いの後をついて走行するなど、より複雑なリモートコントロールをすることができる。図３４で操縦器１は走行物体２ｇをコントロールしているが、走行物体２ｇは発光素子８７ｇを持っており、ここから走行物体２ｈの受光素子８６ｈへの操縦信号を送る。さらに走行物体２ｈは発光素子８７ｈより走行物体２ｉの受光素子８６ｉに操縦信号を送る。このようにしてひとつの操縦器１から３台の連結した走行物体２ｇ，２ｈ，２ｉを自由にコントロールすることができる。ただしここで、各走行物体は互いに異なったアドレスを持っていて、
信号を送出するタイミングは図３５のように、走行物体ごとに１ブロックづつ遅れ、互いの信号が干渉しないようにしている。各走行物体は操縦信号を送ることによりそれぞれを追尾させている。そしてぶつからないように、信号の強さによる速度コントロールをさせている。
さらに、操縦器１のスイッチを操作して、走行物体に対して様々な命令を発することにより、各走行物体から発する操縦信号を止めたり、変更したりすれば、連結を解除したり、フォーメーションの形を変えたり、様々なコントロールが可能となり、興味深いゲーム機や玩具などをつくることができる。
また、図３４Ａは、操縦器１の操縦によって走行物体２の飛来方向検出に使う赤外線信号の切替をする例を示す。
最初、走行物体２ｈは操縦器１ｈからの赤外線の飛来方向を検出しているが、操縦者が操縦器１ｈの追跡ボタン６２ｈを押すと、走行物体２ｈは切替信号を受信し、走行物体２から来る赤外線の飛来方向の検出をするように切り替わる。そうすると、走行物体２ｈは走行物体２の後を追いかけたり、回りを回ったり、走行物体２を参照点とした走行が出来るようになる。
この例では、複数の周波数の搬送波を使い、フィルタの周波数を切り替えることにより参照信号を切り替えている。
球技ゲーム機や格闘ゲーム機の場合、走行物体には独立して動く腕やステッキをつける。ホッケイゲーム用の走行物体の例を、図３６：上面図と図３７：側面断面図に示す。
図３７では、メインシャーシー９８に車輪２７，２８を駆動するギア付モータ２５、２６が固定されており、さらにパイプ９６を介して、センサ基板９７が固定されている。
そして、センサ基板９７には受光素子２０，２１，２２，２３と光学式ロータリーエンコーダ本体９４が付いている。
また、パイプ９６を軸にして回転できるように作業基台９０がはめ込まれている。そして作業基台９０には円周状のギア９３が付いていて、メインシャーシーに据え付けられた基台回転用モータ９１の軸に固定されたピニオンギア９２とかみ合っている。
また、作業基台９０には縞模様のついた反射板９５が貼り付けてあり、光学式ロータリーエンコーダ本体９４と組み合わせて、角度検出器２００を構成する。そして作業基台９０に球を打つためのスチック３０が固定されている。
このように構成された走行物体２は図３８のように、２個のジョイスティックつまみ７と９９の付いた操縦器１と共に用いられる。
ジョイスティック７は、走行制御用であり、倒した方向を走行の目標向き信号α１として送出する。ジョイスティック９９は、スチック制御用であり、倒した方向をスチックの目標向き信号α２として送出する。
走行物体２がこの無線操縦信号を受信すると、まず、ジョイスティック７を倒した方向に走行する。
なお、走行物体２の中の黒い三角のマークは進行方向の前方を示す。
作業基台の回転の動きを説明する。図３８で走行物体２が無線信号を受信すると、飛来方向を検出し向きβが求まる。操縦器のジョイスティック７から目標向きα１を受信しているので走行物体２は向きをβ＝α１になるように変えていく。本体に対するスティックの向きは角度検出器２００で角度φを得る。図３８で分かるようにスティック３０の向きはβ−φで求まる。そこでα２−（β−φ）で基台モータ９１を駆動すれば、スティック３０は操縦器１のジョイスティック９９で指定したα２の方向を向くように制御されることになる。このようにして、ジョイスティック７で走行の方向、ジョイスティック９９でスティック３０の方向を直感的な感覚でコントロールをすることが出来る。
自由に感覚的にコントロールできる作業基台９０には用途によっていろいろな物を付けることができる。それによって有用な走行物体が作ることが出来る。ゲーム機であれば銃をとりつければ射撃ゲームに、様々な武器を付ければ戦闘ゲームや格闘ゲームになる。
同じ動作で作業基台の角度検出方法を変えた例を図３９、図４０に示す。図３９は作業基台側に、角度検出用の赤外線発光素子をつけた走行物体の側面断面図である。走行制御に影響のないタイミングで赤外線を発光させることにより、本体と作業基台との間の相対角度を検出することが出来る。次に、図４０は作業基台９０上に第２の飛来方向検出用受光素子１２０−１２３を設けることにより作業基台９０の向きを直接検出することが出来るようにしたものである。
さらに遠方の走行物体２をコントロールするには通信回線を使用する。比較的近い場合は導線を引き回せば良いが、遠い場合はインタネット回線などを使う。通信回線を使った例を図４１に示す。操縦者側には、操縦器１ｐとテレビ受像機１５０があり、操縦器１ｐの操縦信号をパソコンなどインタフェース機器１５４を通って通信回線に載せて送る。またはテレビ付きの携帯電話でも可能である。走行物体２のある所では再びインタフェース機器１５５を通って操縦中継器１５１を通り、送られてきた操縦信号を無線操縦信号として送出する。
同時に飛来方向検知用の無線信号を合わせて送出する。走行物体２の動く様子はテレビカメラ１５２で撮影して送信される。この映像は前と同様の経路を通って操縦者の目の前のテレビ受像機に映る。大事なことは操縦中継器１５１とテレビカメラ１５２はすぐ近くにあることであり、これによって走行物体２が認識する操縦中継器１５１の位置関係は、テレビカメラの目線と一致する。そしてこの映像がテレビ受像機１５０に映ることにより、操縦者は自分が現地にいる感覚で操縦することが出来る。テレビカメラ１５２と操縦中継器１５１の位置は互いに上下の関係にあって、光軸がほぼ一致するように固定されているのが望ましい。これによってテレビカメラの向いている方向には常に強い無線信号が届き、かつ目線の誤差も小さい。またテレビ映像に映らない場所は制御する必要がないのでテレビカメラと同様の強い指向性の無線信号を使うことが出来るので、少ない電力で遠くの走行物体の制御を行うことが出来る。
さらにこのシステムでは通信回線の遅延にも威力がある。従来のリモートコントロールの方式では、通信回線に遅延があると、操縦に対して映像が遅れてくるので、操舵で向きを変えるときに、映像を見てから操舵の修正をしても、現実には、すでにもっと進んだ状態になっており、その修正信号はさらに遅れて到達するため、操縦が非常に難しくなってくる。
このシステムでは映像を見ながら将来向かうべき方向を操縦器１ｐから入力すれば良いので、単に映像のみが遅れてくるだけで、操縦自体が難しくなることはない。向きの制御は現地で走行物体２自身がリアルタイムで行っているというふうにも解釈できる。
図４２はテレビカメラの向きをリモートコントロールする例を示す。操縦器１ｐを操作して走行物体２およびテレビカメラ向き変更機１５３の両方を制御する。またはさらにテレビカメラ１５２のズームレンズの操作をする。
図４３はテレビカメラ向き変更機１５３ｂが走行物体２の信号を受けて、自動追尾する例である。この場合は操縦者は走行物体２の操縦に専念することが出来る。
図４１のシステムで左側の操縦器１ｐとテレビ受像機はたくさん有り、その数だけ走向物体２が右側にあって、それぞれが対応して操縦できるようにする。この場合はテレビカメラ１５２と操縦器１５１は１組を多重で使用する。または図４２、図４３のシステムが多数あり、走行物体側を同じ場所にすると、複数の人が参加できるインターネットを使った通信リモコン対戦ゲームを作ることが出来る。さらに同じ会場内にいる人はインターネットを使わず、または直接、操縦器１でコントロールして参加することが出来る。
図４４は操縦器１と双眼鏡１６０を組み合わせたものでコントロールする例の上面図であり、図４５は側面図である。双眼鏡１６０と組み合わせることにより、遠い場所にある走向物体２を操縦するのに、良く見えることと、操縦器１の赤外線発光素子の前にレンズ１６２をつけて、指向性を鋭くし、遠くに行っても信号の強度が弱くならないようにできることが特徴である。双眼鏡で見える範囲でのみ操縦できれば良いという考え方に基づいている。
産業上の利用可能性
本発明は走行物体のリモートコントロールを易しい操作で行えるようにすることが主眼であり、様々な分野での使用が可能である。
走行模型などに応用すると、操縦が易しい製品が作れる。そして走行の手段自体にはあまり影響されないので、たとえば歩行型のロボットや虫型ロボットなどほとんどの走行と向きを変える機能の有る走行物体に適応可能である。
また、ジョイスティック付き操縦器で易しく操縦できるため、テレビゲームに対応するメカニックなゲーム機を作れる。
易しい操作で電動運搬具、危険作業ロボット、ハンディキャップのある人のための補助具など実作業用にも使うことが出来る。
通信回線とテレビカメラ、テレビ受像機を使うことにより、非常に遠くの走行物体をコントロールすることが可能になる。インターネットを使ったゲームや遠い無人の場所での作業、危険な場所での作業ができる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の１実施例の全体平面図。図２は操縦器１の平面図。図３は操縦器１の正面図。図４は走行物体の平面図。図５は走行物体の側面図。図６は操縦器１のブロック図。図７は走行物体２のブロック図。図８は各部の信号の波形図であり（ａ）は信号の内容の説明、（ｂ）は操縦器１内の変調前の信号、（ｃ）は変調後の信号、（ｄ）は走行物体２で受信する波形、（ｅ）は（ｄ）の復調波形である。図９は受光素子４個の受光角に対する感度特性。図１０はＶ（ｎ）／Ｖ（ｍ）の受光角に対する特性図。図１１は受光素子群の角度に関する平面図。図１２は誤差角に対する向き変更駆動Ｖｒｏｔ特性。図１３は３６０°以上に拡張した誤差角に対する向き変更駆動Ｖｒｏｔ特性。図１４は角度拡張フローチャート。図１５は初期走行軌跡図。図１６は自動車型走行物体の初期走行軌跡図。図１７は自動車型走行物体の向き変更のフローチャート。図１８は走行物体２の走行状態図。図１９は受光状態を示す受光素子の上面断面図。図２０は受光素子の受光角と出力の関係図。図２１は操縦器の別の例の斜視図。図２２は図２１の操縦器のブロック図。図２３−図２５はジョイスティックの操作と走行物体２の走行の例。図２６は上方向に受光素子を追加した光線飛来方向センサー。図２７−図２８は仰角の飛来方向検出の利用例。図２９−図３０は操縦器の２個所から異なった赤外線を出力して距離探査する例。図３１は図２９−３０の例の赤外線波形。図３２は操縦器の３箇所から異なった赤外線を出力する例。図３３は図３２の赤外線の波形図。図３４は３台の走行物体が連結して操縦される例の上面図。図３４Ａは飛来方向検出用の信号を切り替える例の上面図。図３５は図３４の操縦信号のタイミング図。図３６は作業基台付きの走行物体２の例の上面図。図３７は同じく側面断面図。図３８は作業基台付きの走行物体２の動作説明図。図３９は作業基台の角度検出に赤外線を使った走行物体の例。図４０は同じく作業基台の角度検出に第２の飛来方向センサをつけた走行物体の例。図４１−図４３は通信回線を使ってリモートコントロールをする例の概念図。図４４は双眼鏡付きの操縦器の動作説明平面図。図４５は同じく側面図。図４６は本発明を説明するブロック図。図４７は可変指向特性の飛来方向検出手段を用いた例のブロック図。
【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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【図１０】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５ａ】
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【図２５ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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