JP2020061188A - 飛行装置の操縦システム - Google Patents

Abstract

【課題】自動制御から手動制御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】報知部４４は、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替えるとき、操縦入力装置１２で検出した操作スティック２２のスロットル操作値と、自動制御に用いるスロットル制御値との差が設定範囲にあることを報知する。操縦入力装置１２を操作する操縦者は、報知部４４による報知を用いて、自動制御から手動制御へ切り替えても飛行装置１１の大きな姿勢の変化が生じないことを認識する。操縦者は、報知部４４の報知を認識した後、切替スイッチ４５を操作して、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、飛行装置の操縦システムに関する。

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、操縦入力装置を用いた遠隔からの手動制御と、各種のセンサで検出した飛行姿勢などに基づく自動制御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から手動制御、または手動制御から自動制御へ切り替えられる。ところで、自動制御から手動制御へ切り替わるとき、自動制御における制御値と、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、自動制御から手動制御への切り替え時に、自動制御の制御値と手動制御の入力値とが大きく異ならないように手当されている。

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、操縦力装置でスティックの位置を把握することは困難である。そのため、自動制御の制御値と手動制御の入力値との間に差が生じると、姿勢の変化にともなう急激な高度の変化が生じるという問題がある。

特開平５−２８６４９７号公報

そこで、本発明の目的は、自動制御から手動制御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。

本実施形態では、制御切替部は、自動制御から手動制御への切り替えを指示する切替指示を受け付けると、スロットル制御値をスロットル操作値に変更する。すなわち、制御切替部は、自動制御におけるスロットル制御値を、操縦入力装置におけるスロットルスティックの位置であるスロットル操作値と一致するように変更する。これにより、操縦者が特別な操作をしなくても、制御切替部はスロットル制御値とスロットル操作値とを近似させる。したがって、自動制御から手動制御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。

本実施形態では、移動制限部を備えている。移動制限部は、自動制御部で自動制御が実行されているとき、スロットルスティックの移動を制限する。そのため、スロットルスティックは特定の位置に保持され、自動制御されているときにスロットル操作値が変化することはない。したがって、自動制御から手動制御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。

本実施形態では、駆動部を備えている。駆動部は、スロットル制御値に基づいて操縦入力装置のスロットルスティックを駆動する。そのため、自動制御されているとき、スロットルスティックの位置は、自動制御におけるスロットル制御値と一致する位置に移動する。すなわち、スロットルスティックは、自動制御におけるスロットル制御値に追従して移動する。これにより、自動制御から手動制御へ切り替えられるとき、自動制御におけるスロットル制御値と手動制御におけるスロットルスティックの位置との間に差が生じない。したがって、自動制御から手動制御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。

第１実施形態による操縦システムの構成を示す模式図 第１実施形態による操縦システムの構成を示すブロック図 第１実施形態による操縦システムの処理の流れを示す概略図 第２実施形態による操縦システムの処理の流れを示す概略図 第３実施形態による操縦システムの構成を示すブロック図 第３実施形態におけるスロットル制御値およびスロットル操作値の時間的な変化を説明するための模式図 第３実施形態による操縦システムの処理の流れを示す概略図 第４実施形態におけるスロットル制御値およびスロットル操作値の時間的な変化を説明するための模式図 第５実施形態による操縦システムの操縦入力装置を示す模式図 第６実施形態による操縦システムの操縦入力装置を示す模式図 第７実施形態による操縦システムの操縦入力装置を示す模式図

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１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、腕部１４およびスラスタ１５を有している。基体１３は、飛行装置１１の重心位置に設けられている。腕部１４は、この基体１３から放射状に径方向外側へ延びている。スラスタ１５は、この腕部１４の先端、すなわち腕部１４において基体１３と反対側の端部にそれぞれ設けられている。このように、飛行装置１１は、複数の腕部１４の先端にそれぞれスラスタ１５を有している。腕部１４およびスラスタ１５の数は、任意に設定することができる。

スラスタ１５は、いずれもモータ１６およびプロペラ１７を有している。モータ１６は、プロペラ１７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１８などを電源とする。プロペラ１７は、モータ１６によって回転駆動される。スラスタ１５は、モータ１６でプロペラ１７を回転駆動することにより推進力を発生する。飛行装置１１は、スラスタ１５で発生する推進力によって飛行する。

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によって飛行装置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１の矢印に示すように上下および左右に動かすことができる。操作スティック２１および操作スティック２２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１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２２の図１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１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１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の飛行姿勢、飛行高度および飛行速度を制御する。このように操作スティック２２は、図１の上下方向へ移動することにより、スロットルスティックとして機能する。

操作スティック２１は、図１の左右方向へ延びる図示しない軸部材を中心に回転することにより、図１の上下方向へ移動する。同様に、操作スティック２２は、図１の左右方向へ延びる図示しない軸部材を中心に回転することにより、図１の上下方向へ移動する。また、操作スティック２１は、図１の上下方向へ延びる図示しない軸部材を中心に回転することにより、図１の左右方向へ移動する。同様に、操作スティック２２は、図１の上下方向へ延びる図示しない軸部材を中心に回転することにより、図１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、図示しない軸部材を中心とする回転によって移動する。

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２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、制御演算部３１、受信部３２、姿勢検出部３３、高度検出部３４、自動制御部３５、手動制御部３６、制御値取得部３７および制御切替部３８を備えている。操縦入力装置１２は、制御演算部４１、送信部４２、操作値検出部４３、報知部４４および切替指示部としての切替スイッチ４５を備えている。

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、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、姿勢検出部３３、高度検出部３４、自動制御部３５、手動制御部３６、制御値取得部３７および制御切替部３８をソフトウェア的に実現している。なお、これら姿勢検出部３３、高度検出部３４、自動制御部３５、手動制御部３６、制御値取得部３７および制御切替部３８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。

制御演算部３１は、各スラスタ１５のモータ１６、およびバッテリ１８に接続している。制御演算部３１は、バッテリ１８からモータ１６へ供給する電力を制御することにより、各スラスタ１５で発生する推進力を制御する。飛行装置１１の受信部３２は、操縦入力装置１２から送信される各種の飛行指示を受信する。受信部３２は、受信した飛行指示を制御演算部３１へ提供する。

姿勢検出部３３は、飛行装置１１の基体１３の傾きや基体１３に加わる加速度などから飛行装置１１の飛行姿勢を検出する。具体的には、姿勢検出部３３は、加速度センサ５１、角速度センサ５２および地磁気センサ５３に接続している。加速度センサ５１は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の３次元の３つの軸方向において基体１３に加わる加速度を検出する。角速度センサ５２は、３次元の３つの軸方向において基体１３に加わる角速度を検出する。地磁気センサ５３は、３次元の３つの軸方向における地磁気を検出する。姿勢検出部３３は、これら加速度センサ５１で検出した加速度、角速度センサ５２で検出した角速度、および地磁気センサ５３で検出した地磁気から飛行装置１１の飛行姿勢を検出する。また、姿勢検出部３３は、飛行装置１１の飛行姿勢に加え、飛行速度を検出することもできる。

高度検出部３４は、気圧や地面からの距離などから飛行装置１１の飛行高度を検出する。具体的には、高度検出部３４は、高度センサ５４に接続している。高度センサ５４は、天地方向の１つの軸方向における高度を検出する。高度検出部３４は、高度センサ５４で検出した高度から飛行装置１１の飛行高度を検出する。

自動制御部３５は、飛行装置１１の飛行姿勢および飛行高度を自動的に制御する。具体的には、自動制御部３５は、姿勢検出部３３で検出した飛行装置１１の飛行姿勢、および高度検出部３４で検出した飛行装置１１の飛行高度に基づいて各スラスタ１５のモータ１６の出力を制御する。自動制御部３５は、予め設定された飛行プログラムにしたがってモータ１６の出力を制御することにより、スラスタ１５が発生する推進力を制御する。これにより、自動制御部３５は、操縦入力装置１２による操縦者の操縦を必要とすることなく、飛行装置１１の飛行姿勢および飛行高度を自立的に制御する。

手動制御部３６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の飛行姿勢および飛行高度を制御する。すなわち、操縦者は、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を操作することにより、飛行装置１１に要求する飛行姿勢および飛行高度などを飛行指示として入力する。手動制御部３６は、この操縦者が操縦入力装置１２へ入力した飛行指示に基づいて各スラスタ１５のモータ１６の出力を制御する。手動制御部３６は、飛行指示に基づいてモータ１６の出力、つまりスラスタ１５が発生する推進力を制御する。これにより、手動制御部３６は、操縦者が操縦入力装置１２に入力した飛行指示に基づいて、飛行装置１１の飛行姿勢および飛行高度を制御する。

制御切替部３８は、飛行装置１１の制御を、自動制御部３５による自動制御または手動制御部３６による手動制御のいずれかに切り替える。すなわち、制御切替部３８は、飛行装置１１の制御を、自動制御と手動制御との間で相互に切り替える。制御値取得部３７は、飛行装置１１が自動制御部３５によって自動制御されているとき、飛行装置１１の高度および速度を変更するためのスロットル制御値を取得する。自動制御部３５は、上述のように姿勢検出部３３および高度検出部３４で検出した飛行装置１１の飛行姿勢および飛行高度に基づいて、飛行装置１１の飛行を自立的に制御している。このとき、自動制御部３５は、各スラスタ１５のモータ１６に対して、その出力を規定するための制御値を出力している。この制御値には、飛行装置１１の姿勢を制御するための姿勢制御値Ｃ１と、飛行装置１１の高度および速度の変化を制御するためのスロットル制御値Ｃ２とが含まれている。制御値取得部３７は、自動制御部３５からモータ１６へ出力される制御値のうち、スロットル制御値Ｃ２を自動制御部３５から取得する。

操縦入力装置１２の制御演算部４１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４１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、操作値検出部４３をソフトウェア的に実現している。なお、操作値検出部４３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の送信部４２は、操縦者から操縦入力装置１２へ入力される各種の操作に基づく飛行指示を飛行装置１１へ送信する。

操作値検出部４３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。具体的には、操作値検出部４３は、図１の左右方向における操作スティック２１の操作量をラダー操作値Ｄ１として検出する。また、操作値検出部４３は、図１の上下方向における操作スティック２１の操作量をエレベータ操作値Ｄ２として検出する。操作値検出部４３は、図１の左右方向における操作スティック２２の操作量をエルロン操作値Ｄ３として検出する。そして、操作値検出部４３は、図１の上下方向における操作スティック２２の操作量をスロットル操作値Ｄ４として検出する。

制御演算部４１は、操作値検出部４３で検出したラダー操作値Ｄ１、エレベータ操作値Ｄ２、エルロン操作値Ｄ３、およびスロットル操作値Ｄ４から飛行指示を作成する。そして、制御演算部４１は、作成した飛行指示を送信部４２から飛行装置１１へ送信する。飛行装置１１の手動制御部３６は、送信された飛行指示に含まれるラダー操作値Ｄ１、エレベータ操作値Ｄ２、エルロン操作値Ｄ３、およびスロットル操作値Ｄ４から各スラスタ１５のモータ１６へ出力する制御値を作成する。各スラスタ１５のモータ１６は、手動制御部３６で作成された制御値によってその出力が制御される。

報知部４４は、飛行装置１１の制御が制御切替部３８によって自動制御から手動制御へ切り替えられるとき、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差が予め設定した設定範囲Ｓにあることを報知する。設定範囲Ｓは、例えばスロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差がスロットル制御値Ｃ２の１０％未満などのように、任意に設定することができる。

報知部４４は、操縦者の感覚に訴える手段によって報知する。報知部４４は、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差が設定範囲Ｓになると、例えばブザーの鳴動によって聴覚を通じて報知する。これに限らず、報知部４４は、設定範囲Ｓになったことをランプの点灯または消灯によって視覚を通じて報知してもよい。また、報知部４４は、設定範囲Ｓなったことを振動体の振動によって触覚を通じて報知してもよい。これらの場合、報知部４４は、ブザーの音量の変化、ランプの色や照度の変化、あるいは振動の変化などを利用して、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差の大小を報知してもよい。報知部４４は、設定範囲Ｓにあるときに音や光を発して報知する構成としてもよく、設定範囲Ｓから外れたときに音や光を発して報知する構成としてもよい。

飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替えるとき、操作値検出部４３で検出した操作スティック２２のスロットル操作値Ｄ４と、制御値取得部３７で取得したスロットル制御値Ｃ２との間には差が生じていることがある。このように、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２とが異なるときに自動制御から手動制御へ切り替えると、自動制御においてスロットル制御値Ｃ２で制御されていたモータ１６は、このスロットル制御値Ｃ２と異なるスロットル操作値Ｄ４に応じた出力に変化する。スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差が大きい場合、この差によってモータ１６の出力に大きな変化が生じる。その結果、スラスタ１５が発生する推進力の急激な変化を招き、飛行装置１１の飛行姿勢が不安定化する要因となる。そこで、報知部４４は、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替えるとき、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差が予め設定した設定範囲Ｓになると報知する。すなわち、操縦者が自動制御から手動制御へ切り替えるとき、操縦者によって操作される操作スティック２２のスロットル操作値Ｄ４が自動制御において自動制御部３５が出力するスロットル制御値Ｃ２に近似すると、報知部４４は報知する。操縦者は、この報知部４４による報知を参照して、切替スイッチ４５を操作し、自動制御から手動制御へ切り替える。これにより、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差が低減され、モータ１６の出力の変化にともなう飛行装置１１の飛行姿勢の変化が低減される。

切替スイッチ４５は、操縦入力装置１２に設けられており、操縦者によって操作される。切替スイッチ４５が操作されると、その操作がされたことを示す切替指示は送信部４２から飛行装置１１の受信部３２へ送信される。飛行装置１１の制御演算部３１は、切替指示を受け取ると、制御切替部３８によって飛行装置１１の制御を自動制御部３５による自動制御から手動制御部３６による手動制御へ切り替える。上述のように操縦者は、報知部４４による報知を参照することにより、切替スイッチ４５を操作する時期の認識が容易になる。

次に、上記の構成による操縦システム１０による処理の流れを図３に基づいて説明する。
飛行装置１１は、自動制御部３５によって少なくとも飛行高度が自動制御されている（Ｓ１０１）。この場合、飛行装置１１の自動制御部３５は、飛行高度に限らず飛行姿勢を自動制御していてもよい。制御値取得部３７は、自動制御されている飛行装置１１のスロットル制御値Ｃ２を取得する（Ｓ１０２）。すなわち、制御値取得部３７は、飛行装置１１が自動制御されているとき、モータ１６へ出力されるスロットル制御値Ｃ２を自動制御部３５から取得する。操縦者は、操縦入力装置１２の操作スティック２２を操作する（Ｓ１０３）。このとき、操縦者は、操縦入力装置１２の操作スティック２２を図１の上下方向へ移動するように操作する。

操作スティック２２が操作されると、操作値検出部４３は操作スティック２２の操作量をスロットル操作値Ｄ４として取得する（Ｓ１０４）。報知部４４は、Ｓ１０２で取得したスロットル制御値Ｃ２と、Ｓ１０４で取得したスロットル操作値Ｄ４との差が設定範囲Ｓにあるか否かを判断する（Ｓ１０５）。そして、報知部４４は、スロットル制御値Ｃ２とスロットル操作値Ｄ４との差が設定範囲Ｓにあるとき（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、感覚に訴える手段で報知する（Ｓ１０６）。すなわち、報知部４４は、ブザーの鳴動、ランプの点滅、あるいは振動体の振動などによって操縦者に報知する。

操縦者は、Ｓ１０６において報知部４４で報知されると、この報知を参照して切替スイッチ４５を操作する（Ｓ１０７）。Ｓ１０６において切替スイッチ４５が操作されると、その旨の切替指示が操縦入力装置１２から飛行装置１１へ送信される。制御切替部３８は、切替指示を受信すると、飛行装置１１の制御を自動制御部３５による自動制御から手動制御部３６による手動制御に切り替える（Ｓ１０８）。飛行装置１１の制御が自動制御から手動制御に切り替えられると、手動制御部３６は操縦者が操縦入力装置１２に入力した飛行指示に基づいて各スラスタ１５のモータ１６を制御する。一方、報知部４４は、Ｓ１０５においてスロットル制御値Ｃ２とスロットル操作値Ｄ４との差が設定範囲Ｓにないと判断すると（Ｓ１０５：Ｎｏ）、報知をすることなくＳ１０２へリターンする。そして、操縦システム１０は、Ｓ１０２以降の処理を繰り返す。

以上説明したように、第１実施形態では、操縦システム１０は報知部４４を備えている。報知部４４は、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替えるとき、操縦入力装置１２の操作値検出部４３で検出した操作スティック２２のスロットル操作値Ｄ４と、自動制御に用いるスロットル制御値Ｃ２との差が設定範囲Ｓにあることを報知する。そのため、操縦入力装置１２を操作する操縦者は、この報知部４４による報知を用いて、自動制御から手動制御へ切り替える時期を判断する。すなわち、操縦者は、報知部４４による報知があると、自動制御から手動制御へ切り替えても飛行装置１１の大きな姿勢の変化が生じないことを認識する。そして、操縦者は、報知部４４の報知を認識した後、切替スイッチ４５を操作して、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替える。これにより、操縦者は、操作スティック２２のスティック操作値Ｄ４を自動制御におけるスロットル制御値Ｃ２に容易に近似させることができる。したがって、自動制御から手動制御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。

（第２実施形態）
第２実施形態による操縦システムを説明する。
第２実施形態による操縦システム１０の構成は、図１および図２に示す第１実施形態と共通する。第２実施形態では、操縦システム１０における処理の流れが第１実施形態と相違する。以下、第２実施形態による操縦システム１０の処理の流れを図４に基づいて説明する。なお、第１実施形態と共通する処理については、説明を省略する。

飛行装置１１は、自動制御部３５によって少なくとも飛行高度が自動制御されている（Ｓ２０１）。第２実施形態の場合、飛行装置１１の操縦者は、飛行装置１１が自動制御されている状態で切替スイッチ４５を操作する（Ｓ２０２）。すなわち、操縦者は、飛行装置１１を自動制御から手動制御へ切り替えるとき、操作スティック２２の位置にかかわらず、切替スイッチ４５を操作する。但し、この段階では、制御切替部３８は、飛行装置１１を自動制御から手動制御へ切り替えない。制御値取得部３７は、Ｓ２０２において切替スイッチ４５が操作されると、自動制御部３５からモータ１６へ出力されるスロットル制御値Ｃ２を自動制御部３５から取得する（Ｓ２０３）。操縦者は、操縦入力装置１２の操作スティック２２を操作する（Ｓ２０４）。

操作スティック２２が操作されると、操作値検出部４３は操作スティック２２の操作量をスロットル操作値Ｄ４として取得する（Ｓ２０５）。報知部４４は、Ｓ２０３で取得したスロットル制御値Ｃ２と、Ｓ２０５で取得したスロットル操作値Ｄ４との差が設定範囲Ｓにあるか否かを判断する（Ｓ２０６）。そして、報知部４４は、スロットル制御値Ｃ２とスロットル操作値Ｄ４との差が設定範囲Ｓにあるとき（Ｓ２０６：Ｙｅｓ）、感覚に訴える手段で報知する（Ｓ２０７）。Ｓ２０７において報知部４４が報知することにより、操縦者は操作スティック２２の位置に基づくスロットル操作値Ｄ４がスロットル制御値Ｃ２とほぼ一致したことを認識する。すなわち、操縦者は、操作スティック２２の位置が自動制御におけるスロットル制御値Ｃ２に対応していることを認識する。

このように、Ｓ２０７において報知部４４が報知すると、制御切替部３８は、飛行装置１１の制御を自動制御部３５による自動制御から手動制御部３６による手動制御に切り替える（Ｓ２０８）。一方、報知部４４は、Ｓ２０６においてスロットル制御値Ｃ２とスロットル操作値Ｄ４との差が設定範囲にないとき（Ｓ２０６：Ｎｏ）、報知をすることなくＳ２０３へリターンする。そして、操縦システム１０は、Ｓ２０３以降の処理を繰り返す。

第２実施形態では、切替スイッチ４５が操作されると、報知部４４はスロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差の算出処理を開始する。この場合、制御切替部３８は、操縦者が切替スイッチ４５を操作しても、その操作のみによって自動制御から手動制御へ切り替えない。制御切替部３８は、操縦者によって切替スイッチ４５が操作された後、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差が設定範囲Ｓになるまで待機し、条件を満たしたとき自動制御から手動制御へ切り替える。このとき、報知部４４は、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差が設定範囲Ｓになったことを報知する。そのため、操縦者は、自動制御から手動制御へ切り替わる時期を報知部４４の報知によって認識する。したがって、自動制御から手動制御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。

また、第２実施形態では、切替スイッチ４５の操作の後に報知部４４が作動する。そのため、飛行装置１１が自動制御され、切替スイッチ４５が操作されていないとき、報知部４４は報知の処理を行なわない。したがって、無用な時期の報知が回避され、必要に応じた報知を行なうことができる。これとともに、操縦者は、報知部４４による報知があると、自動制御から手動制御へ移行したことを認識する。したがって、操縦入力装置１２を操作することによって飛行装置１１の飛行を安全に継続することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態による操縦システムを説明する。
第３実施形態では、第１実施形態の報知部４４に相当する構成を備えていない。
図５に示すように第３実施形態の操縦システム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、制御演算部３１、受信部３２、姿勢検出部３３、高度検出部３４、自動制御部３５、手動制御部３６、制御値取得部３７および制御切替部３８を備えている。操縦入力装置１２は、制御演算部４１、送信部４２、操作値検出部４３および切替スイッチ４５を備えている。

第３実施形態の場合、制御切替部３８は、飛行装置１１の制御を、自動制御部３５による自動制御または手動制御部３６による手動制御のいずれかに切り替える点で第１実施形態と共通する。一方、第３実施形態の制御切替部３８は、切替スイッチ４５から切替指示を受け付けると、スロットル制御値Ｃ２をスロットル操作値Ｄ４へ変更する。そして、制御切替部３８は、スロットル制御値Ｃ２を変更することによって、スロットル制御値Ｃ２とスロットル操作値Ｄ４との差が設定範囲Ｓになると、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替える。

具体的には、図６に示すように飛行装置１１は、飛行を開始する時期Ｔ０から時期Ｔ１になるまで手動制御されている。すなわち、飛行装置１１は、時期Ｔ０から時期Ｔ１までの間、操縦者によって操縦入力装置１２から入力される指示に基づいて手動制御部３６によって制御される。そして、予め設定された条件下において飛行装置１１の飛行が安定化すると、時期Ｔ１において飛行装置１１は自動制御部３５による自動制御へ移行する。自動制御に移行すると、操作スティック２２を操作してスロットル操作値Ｄ４が変化しても、自動制御部３５はスロットル操作値Ｄ４を参照することなくスロットル制御値Ｃ２を生成する。制御切替部３８は、切替スイッチ４５から切替指示を受け付けた時期Ｔ２になると、操作値検出部４３から操作スティック２２のスロットル操作値Ｄ４を取得する。制御切替部３８は、取得したスロットル操作値Ｄ４を目標値として設定する。そして、制御切替部３８は、自動制御部３５が生成するスロットル制御値Ｃ２を、目標値として設定したスロットル操作値Ｄ４に向けて変更する。この場合、図６に示すように制御切替部３８は、切替スイッチ４５から切替指示を受け付けた時期Ｔ２から手動制御へ移行する時期Ｔ３までの間を制御移行期間として設定する。そして、制御切替部３８は、スロットル制御値Ｃ２を、この時期Ｔ２から時期Ｔ３までの制御移行期間の間に徐々に変化させながら目標値とするスロットル操作値Ｄ４にあわせていく。これにより、制御移行期間が終了する時期Ｔ３では、スロットル制御値Ｃ２はスロットル操作値Ｄ４に一致する。このように、制御切替部３８は、スロットル制御値Ｃ２とスロットル操作値Ｄ４とが一致した後、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替える。時期Ｔ２から時期Ｔ３までの制御移行期間は、数秒から十数秒程度の任意の時間として設定することができる。

第３実施形態による処理の流れを図７に基づいて説明する。
飛行装置１１は、自動制御部３５によって少なくとも飛行高度が自動制御されている（Ｓ３０１）。飛行装置１１の操縦者は、手動制御への切り替えを求める場合、飛行装置１１が自動制御されている状態で切替スイッチ４５を操作する（Ｓ３０２）。この切替スイッチ４５の操作は、時期Ｔ２である。制御切替部３８は、Ｓ３０２において切替スイッチ４５が操作されると、操作値検出部４３から操作スティック２２の操作量をスロットル操作値Ｄ４として取得する（Ｓ３０３）。制御切替部３８は、このスロットル操作値Ｄ４を目標値として設定する。

制御切替部３８は、Ｓ３０３でスロットル操作値Ｄ４を取得すると、スロットル操作値Ｄ４を目標値として、スロットル制御値Ｃ２を徐々に変更する（Ｓ３０４）。すなわち、制御切替部３８は、時期Ｔ２から時期Ｔ３までの制御移行期間にスロットル制御値Ｃ２を変更する。制御切替部３８は、Ｓ３０４においてスロットル制御値Ｃ２が変更されると、変更されたスロットル制御値Ｃ２を取得する（Ｓ３０５）。そして、制御切替部３８は、Ｓ３０３で取得して目標値として設定したスロットル操作値Ｄ４と、Ｓ３０５で取得したスロットル制御値Ｃ２との差が設定範囲Ｓにあるか否かを判断する（Ｓ３０６）。

制御切替部３８は、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差が設定範囲Ｓにあるとき（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替える（Ｓ３０７）。一方、制御切替部３８は、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差が設定範囲Ｓにないとき（Ｓ３０６：Ｎｏ）、Ｓ３０４にリターンし、スロットル制御値Ｃ２の変更を継続する。

第３実施形態では、制御切替部３８は、自動制御から手動制御への切り替えを指示する切替指示を受け付けると、スロットル制御値Ｃ２をスロットル操作値Ｄ４に変更する。すなわち、制御切替部３８は、自動制御におけるスロットル制御値Ｃ２を、操縦入力装置１２における操作スティック２２の位置であるスロットル操作値Ｄ４と一致するように制御移行期間の間に徐々に変更する。これにより、操縦者が特別な操作をしなくても、制御切替部３８は制御移行期間の間にスロットル制御値Ｃ２をスロットル操作値Ｄ４に近似させる。したがって、自動制御から手動制御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。

（第４実施形態）
第４実施形態による操縦システムを説明する。
第４実施形態は、第３実施形態の変形例に相当し、構成が第３実施形態と共通する。第４実施形態では、制御切替部３８による機能が第３実施形態と相違する。
第４実施形態の場合も、飛行装置１１は、図８に示すように飛行を開始する時期Ｔ０から時期Ｔ１まで手動制御された後、時期Ｔ１で自動制御に移行している。制御切替部３８は、時期Ｔ２において切替スイッチ４５から切替指示を受け付けると、操作値検出部４３で操作スティック２２のスロットル操作値Ｄ４を検出する。これとともに、制御切替部３８は、時期Ｔ２において切替スイッチ４５から切替指示を受け付けると、制御値取得部３７でスロットル制御値Ｃ２を取得する。そして、制御切替部３８は、スロットル操作値Ｄ４を検出した時点、つまり時期Ｔ２における切替スイッチ４５の操作時のスロットル操作値Ｄ４を、自動制御におけるスロットル制御値Ｃ２とみなす。

飛行装置１１が自動制御されている場合、時期Ｔ２において切替スイッチ４５が操作されたとき、操作スティック２２の操作量であるスロットル操作値Ｄ４と、自動制御部３５から出力されているスロットル制御値Ｃ２との間には差が生じている。そこで、制御切替部３８は、スロットル操作値Ｄ４をスロットル制御値Ｃ２とみなす、つまりスロットル操作値Ｄ４をスロットル制御値Ｃ２までオフセットすることによって、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２とを見かけ上で一致させる。言い換えると、制御切替部３８は、切替スイッチ４５が操作された時期Ｔ２における操作スティック２の操作量であるスロットル操作値Ｄ４を、スロットル制御値Ｃ２と強制的に一致させる。これにより、切替スイッチ４５が操作されたとき、スロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２とが一致する。そのため、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替えても、各スラスタ１５のモータ１６に出力の変化は生じない。制御切替部３８は、スロットル操作値Ｄ４を、スロットル制御値Ｃ２とみなした後、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替える。

第４実施形態では、切替スイッチ４５が操作された時期Ｔ２におけるスロットル操作値Ｄ４を、その時期Ｔ２におけるスロットル制御値Ｃ２とみなしている。そのため、自動制御から手動制御へ切り替えられても、各スラスタ１５のモータ１６に出力の変化は生じない。したがって、自動制御から手動制御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。

（第５実施形態）
第５実施形態による操縦システムを説明する。
第５実施形態は、操縦入力装置１２の構成が上記の複数の実施形態と異なっている。
第５実施形態の場合、操縦システム１０は、図９に示すように操縦入力装置１２に移動制限部６１を備えている。移動制限部６１は、飛行装置１１が自動制御部３５によって自動制御されているとき、操作スティック２２によるスロットル操作方向への移動、すなわち図９の上下方向への移動を制限する。操作スティック２２は、図９の上下方向へ移動するときスロットルスティックに相当する。飛行装置１１が自動制御から手動制御へ切り替わることによる飛行姿勢の不安定化は、操作スティック２２の操作量つまりスロットル操作値Ｄ４とスロットル制御値Ｃ２との差によって生じる。そこで、移動制限部６１で操作スティック２２のスロットル操作方向への移動を制限することにより、スロットル操作値Ｄ４の意図しない変化は抑えられる。

図９に示す例の場合、操作スティック２２は、図９の左右方向へ延びる軸部材６２を中心に回転することにより、図９の上下の移動が確保される。移動制限部６１は、この軸部材６２と接触可能な位置に設けられている。飛行装置１１が自動制御されているとき、移動制限部６１が軸部材６２に接することにより、軸部材６２は移動制限部６１から制動力が加わる。これにより、軸部材６２の回転およびこれにともなう操作スティック２２の移動は制限される。

第５実施形態では、上述のように移動制限部６１を備えている。移動制限部６１は、飛行装置１１が自動制御部３５で自動制御されているとき、操作スティック２２のスロットル操作方向への移動を制限する。そのため、操作スティック２２はスロットル操作方向において特定の位置に保持され、自動制御されているときにスロットル操作値Ｄ４が変化することはない。したがって、自動制御から手動制御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。

（第６実施形態）
第６実施形態による操縦システムを説明する。
第６実施形態の場合、操縦システム１０は、図１０に示すように操縦入力装置１２に駆動部７１を備えている。駆動部７１は、動力源となるサーボモータを有している。駆動部７１は、図１０の左右方向へ延びる軸部材７２に接続している。この軸部材７２は、操作スティック２２を支持している。操作スティック２２は、軸部材７２を中心に回転することにより、図１０の上下方向へ移動する。そして、駆動部７１は、軸部材７２に接続することで軸部材７２を回転駆動し、操作スティック２２をスロットル操作方向へ駆動する。操作スティック２２は、図１０の上下方向へ移動するときスロットルスティックに相当する。

制御値取得部３７は、飛行装置１１が自動制御部３５によって自動制御されているとき、自動制御部３５からスロットル制御値Ｃ２を取得する。スロットル制御値Ｃ２は、第１実施形態と同様に飛行装置１１の高度および速度を変更するための制御値である。駆動部７１は、この制御値取得部３７で取得されたスロットル制御値Ｃ２に基づいて、操作スティック２２を図１０の上下方向へ駆動する。具体的には、駆動部７１は、取得したスロットル制御値Ｃ２に対応する位置へ操作スティック２２を駆動する。すなわち、駆動部７１は、スロットル制御値Ｃ２と一致するスロットル操作値Ｄ４を算出し、このスロットル操作値Ｄ４に対応する位置へ操作スティック２２を駆動する。これにより、飛行装置１１が自動制御されているとき、操作スティック２２は刻々と変化するスロットル制御値Ｃ２に追従して図１０の上下に移動する。

このように、飛行装置１１が自動制御されている間、操作スティック２２は自動制御部３５から出力されるスロットル制御値Ｃ２に追従してスロットル制御値Ｃ２に対応する位置へ刻々と移動する。そのため、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替えるときでも、自動制御部３５が出力するスロットル制御値Ｃ２と操作スティック２２のスロットル操作値Ｄ４との間に差は生じない。その結果、飛行装置１１の制御を自動制御から手動制御へ切り替えても、各スラスタ１５のモータ１６に出力の変化は生じない。

第６実施形態では、操作スティック２２を駆動する駆動部７１を備えている。駆動部７１は、スロットル制御値Ｃ２に基づいて操縦入力装置１２の操作スティック２２をスロットル操作方向へ駆動する。そのため、自動制御されているとき、操作スティック２２のスロットル操作方向の位置は、自動制御におけるスロットル制御値Ｃ２と一致する位置となる。すなわち、操作スティック２２は、自動制御におけるスロットル制御値Ｃ２に追従して移動する。これにより、自動制御から手動制御へ切り替えられるとき、自動制御におけるスロットル制御値Ｃ２と手動制御における操作スティック２２の位置との間に差が生じない。したがって、自動制御から手動制御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。

（第７実施形態）
第７実施形態は、第６実施形態の変形である。
第７実施形態では、操作スティック２２をスロットル操作方向へ駆動する例について説明した。しかし、操作スティック２１および操作スティック２２は、自動制御における制御値に対応してそれぞれ左右および上下へ駆動する構成としてもよい。第７実施形態の場合、操作スティック２１は、図１１の左右方向へ延びる軸部材８１を中心に図１１の上下方向のエレベータ操作方向へ回転し、図１１の上下方向へ延びる軸部材８２を中心に図１１の左右方向のラダー操作方向へ回転する。同様に、操作スティック２２は、図１１の左右方向へ延びる軸部材８３を中心に図１１の上下方向のスロットル方向へ回転し、図１１の上下方向へ延びる軸部材８４を中心に図１１の左右方向のエルロン方向へ回転する。そして、第７実施形態では、軸部材８１は、駆動部９１によって回転駆動される。また、軸部材８２は駆動部９２によって回転駆動され、軸部材８３は駆動部９３によって回転駆動され、軸部材８４は駆動部９４によって回転駆動される。

このように、操作スティック２１は、駆動部９１によってエレベータ方向である図１１の上下に駆動されるとともに、駆動部９２によってラダー方向である図１１の左右に駆動される。また、操作スティック２２は、駆動部９３によってスロットル方向である図１１の上下に駆動されるだけでなく、駆動部９４によってエルロン方向である図１１の左右にも駆動される。このように、操作スティック２１および操作スティック２２は、自動制御における各要素の制御値に基づいて駆動部９１〜９４で駆動する構成とすることができる。

第７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の位置は、ピッチ、ヨー、ロールおよびスロットルのすべての操縦系統において自動操縦における制御値に対応して移動する。したがって、自動制御から手動制御への切り替え時における姿勢の変化をより低減することができ、安全性および信頼性をさらに高めることができる。

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。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。

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、１５はスラスタ、２２は操作スティック（スロットルスティック）、３３は姿勢検出部、３４は高度検出部、３５は自動制御部、３６は手動制御部、３７は制御値取得部、３８は制御切替部、４３は操作値検出部、４４は報知部、４５は切替スイッチ（切替指示部）、６１は移動制限部、７１は駆動部を示す。

Claims (5)

1. 推進力を発生する複数のスラスタ（１５）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（１０）であって、
   前記飛行装置（１１）の飛行姿勢を検出する姿勢検出部（３３）と、
   前記飛行装置（１１）の飛行高度を検出する高度検出部（３４）と、
   前記姿勢検出部（３３）で検出した前記飛行装置（１１）の飛行姿勢、および前記高度検出部（３４）で検出した前記飛行装置（１１）の飛行高度に基づいて前記スラスタ（１５）の推進力を制御して、前記飛行装置（１１）の飛行姿勢および飛行高度を自動的に制御する自動制御部（３５）と、
   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、前記飛行装置（１１）の飛行姿勢および飛行高度を制御する手動制御部（３６）と、
   前記飛行装置（１１）の制御を、前記自動制御部（３５）による自動制御または前記手動制御部（３６）による手動制御のいずれかに切り替える制御切替部（３８）と、
   前記操縦入力装置（１２）に設けられ前記飛行装置（１１）の高度および速度の変更を入力するためのスロットルスティック（２２）の操作量をスロットル操作値として検出する操作値検出部（４３）と、
   前記飛行装置（１１）が前記自動制御部（３５）による自動制御であるとき、前記飛行装置（１１）の高度および速度を変更するためのスロットル制御値を取得する制御値取得部（３７）と、
   前記操縦入力装置（１２）に設けられ、前記制御切替部（３８）に自動制御から手動制御への切り替えを切替指示として指示する切替指示部（４５）と、を備え、
   前記制御切替部（３８）は、前記切替指示部（４５）から前記切替指示を受け付けると、前記操作値検出部（４３）で検出した前記スロットル操作値を、前記制御値取得部（３７）で取得した前記スロットル制御値に変更し、前記スロットル操作値と前記スロットル制御値との差が予め設定した設定範囲になると、自動制御から手動制御へ切り替える飛行装置の操縦システム。
2. 前記制御切替部（３８）は、自動制御から手動制御へ切り替える制御移行期間が予め設定され、前記制御移行期間の間に前記スロットル制御値を前記スロットル操作値に徐々に近似する請求項１記載の飛行装置の操縦システム。
3. 前記制御切替部（３８）は、前記切替指示部（４５）から前記切替指示を受け付けたときに前記操作値検出部（４３）で検出した前記スロットル操作値を、前記切替指示部（４５）から前記切替指示を受け付けたときに前記制御値取得部（３７）で取得した前記スロットル制御値とみなす請求項１記載の飛行装置の操縦システム。
4. 推進力を発生する複数のスラスタ（１５）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（１０）であって、
   前記飛行装置（１１）の飛行姿勢を検出する姿勢検出部（３３）と、
   前記飛行装置（１１）の飛行高度を検出する高度検出部（３４）と、
   前記姿勢検出部（３３）で検出した前記飛行装置（１１）の飛行姿勢、および前記高度検出部（３４）で検出した前記飛行装置（１１）の飛行高度に基づいて前記スラスタ（１５）の推進力を制御して、前記飛行装置（１１）の飛行姿勢および飛行高度を自動的に制御する自動制御部（３５）と、
   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、前記飛行装置（１１）の飛行姿勢および飛行高度を制御する手動制御部（３６）と、
   前記飛行装置（１１）の制御を、前記自動制御部（３５）による自動制御または前記手動制御部（３６）による手動制御のいずれかに切り替える制御切替部（３８）と、
   前記操縦入力装置（１２）に設けられ、前記飛行装置（１１）の高度および速度の変更を入力するためのスロットルスティック（２２）と、
   前記操縦入力装置（１２）に設けられ、前記自動制御部（３５）で自動制御されているとき、前記スロットルスティック（２２）の移動を制限する移動制限部（６１）と、
   を備える飛行装置の操縦システム。
5. 推進力を発生する複数のスラスタ（１５）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（１０）であって、
   前記飛行装置（１１）の飛行姿勢を検出する姿勢検出部（３３）と、
   前記飛行装置（１１）の飛行高度を検出する高度検出部（３４）と、
   前記姿勢検出部（３３）で検出した前記飛行装置（１１）の飛行姿勢、および前記高度検出部（３４）で検出した前記飛行装置（１１）の飛行高度に基づいて前記スラスタ（１５）の推進力を制御して、前記飛行装置（１１）の飛行姿勢および飛行高度を自動的に制御する自動制御部（３５）と、
   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、前記飛行装置（１１）の飛行姿勢および飛行高度を制御する手動制御部（３６）と、
   前記飛行装置（１１）の制御を、前記自動制御部（３５）による自動制御または前記手動制御部（３６）による手動制御のいずれかに切り替える制御切替部（３８）と、
   前記操縦入力装置（１２）に設けられ、前記飛行装置（１１）の高度および速度の変更を入力するためのスロットルスティック（２２）と、
   前記飛行装置（１１）が前記自動制御部（３５）による自動制御であるとき、前記飛行装置（１１）の高度および速度を変更するためのスロットル制御値を取得する制御値取得部（３７）と、
   前記制御値取得部（３７）で取得した前記スロットル制御値に基づいて、前記スロットルスティック（２２）を前記スロットル制御値に対応する位置へ駆動する駆動部（７１）と、
   を備える飛行装置の操縦システム。

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