JPH0632705B2 - ラジコン模型操縦練習装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ラジオコントロール（以下ラジコンと言う）
模型の操縦をパーソナルコンピュータ等を利用して練習
できるようにしたラジコン模型操縦練習装置に関する。

船、車、飛行機その他の各種のラジコン模型が知られて
いるが、特にラジコン飛行機、ヘルコプタ、グライダ
ー、飛行船等のラジコン飛翔体の操縦はかなり高度な技
術を必要とするため、訓練に時間がかかるだけでなく、
操縦に失敗すると墜落等による経済的な損失が大きく、
同時に第三者や器物に与える被害等の危険性も大きい。
そこで、有効なフライトシミュレータが必要であり、こ
れまでにも様々な装置が提案されてきた。例えば、ラジ
コンヘリコプタ模型を保持板に固定し操縦練習する装置
も提案されているが、実物のラジコン模型を用意しなけ
ればならず、その上一部が保持板に固定されているため
宙返り等の変化に富んだ種々の練習をすることができ
ず、実際の操縦には程遠く、充分満足できるものである
とは言えないものであった。また、コンピュータを使用
したラジコン機用のフライトシミュレータは存在せず、
僅かにコンピュータゲームとして実機の飛行をシミュレ
ータした物が出まわっている程度である。但し、そのど
れもがゲームとしての性格上、キーボード、またはジョ
イスティックによる入力で操縦を行なう物であり、ゲー
ム性はあっても実際にラジコン機の操縦感覚を修得する
効果はまったく無いのが現状である。

本発明はそのような実情に鑑み、実際にラジコン模型の
操縦に使用されている物と同様なラジコン送信操縦装置
をコンピュータに接続し、それによってディスプレイ上
に描き出されるラジコン模型の動きをコントロールでき
るようにしたものである。

従って、本発明のフライトシミュレータで訓練を行なえ
ば、実際にラジコン模型の操縦を行なう上で大きな効果
が得られる。

第１図は、本発明の全体構成図を示し、操作スティック
によりラジコン模型、例えば飛行機模型のスロットル、
エルロン、エレベータ、ラダー等の被操作部を制御する
制御信号を送信するラジコン送信機(1)を有する。該ラ
ジコン送信機は公知のラジコン送信機とほぼ同様の構成
を有し、第２図に示すように、２本の操作スティック
(2)、(3)をそれぞれ前後、左右等に操作することにより
各操作スティックに連動する可変抵抗器(4)の抵抗値を
変化させ、上記被操作部を制御する制御信号を送信する
ようにしてある。なお、ラジコン送信機には、各種のチ
ャンネル数を有するものがあるが、飛行機模型の場合、
基本的には４チャンネルあれば充分なので、例えば図に
おいて、右側の操作スティックを上下動することにより
スロットルの調整を行ない、左右動することによりエル
ロンを操作し、また左側の操作スティックを上下動する
ことによりエレベータを操作し、左右動することにより
ラダーを操作するようにするとよい。

上記可変抵抗器の抵抗値は、それぞれＡ−Ｄ変換器(5)
によりＡ−Ｄコンバートして２値化され、インターフェ
ース(6)を介しコンピュータ(7)への入力信号とする。コ
ンピュータ側のシミュレータ部では、入力された信号に
基づいてラジコン模型の運動を計算し、３次元−２次元
変換を行なって、ディスプレイ(8)にラジコン模型の姿
態を描画するものである。

上記ラジコン送信機とシミュレータ部の接続は、第１図
のような有線ではなく、無線で行なうこともできる。第
３図は、実際のラジコン模型の操縦に使用しているラジ
コン送信機を用いて無線で行なう場合を示し、ラジコン
送信機(1)からの制御信号をアンテナを介し受信機(9)で
受信し、デコーダ(10)を経てＡ−Ｄ変換器(5)に接続す
れば、有線の場合と同様に行なうことができる。なお、
上記送信機がPCM方式の場合にはＡ−Ｄ変換器は不要で
ある。

第４図には、上記シミュレータ部の構成図が示されてい
る。図において、該シミュレータ部は、ラジコン模型の
姿態を予め入力された必要なデータに基づいてCRTや液
晶等のディスプレイに描画するラジコン模型画像描画処
理手段と、上記ラジコン模型が静止位置にあるとき該ラ
ジコン模型のスロットル、エルロンその他の被操作部の
位置に対応した上記ラジコン送信機の操作スティックの
位置等を基準位置として記憶する基準位置記憶手段と、
上記操作スティックを操作したときの上記ラジコン送信
機からの制御信号を受信して上記操作スティックの位置
を検出する操作スティック位置検出手段と、該検出した
位置を記憶する検出位置記憶手段と、上記基準位置記憶
手段と検出位置記憶手段の内容を比較する比較手段と、
該比較手段からの出力を記憶する描画処理データ記憶手
段と、該描画処理データ記憶手段の記憶データに基づき
上記ディスプレイに表示されたラジコン模型の姿態を変
更する姿態変更手段を有し、デイスプレイに表示された
ラジコン模型の動きをみながら上記ラジコン送信機の操
作スティックを操作して練習を行うようになっている。
また、実際のラジコン模型を使用する場合は野外で使用
することが多いので風等の気象の影響をうけたり、燃料
の消費による変化等種々の状況変化をうけるので、風等
の変化データを記憶する状況設定記憶手段を設け、上記
描画処理データ記憶手段の内容を状況設定記憶手段のデ
ータにより補正手段で補正して風等の影響を考慮したラ
ジコン模型の姿態を描画するようにしたり、ラジコン模
型が予め設定した正しくコントロールできる範囲内を移
動しているか、規定のポイント、コース等を移動してい
るか、正しく着陸したか等の移動範囲を記憶する移動範
囲記憶手段を設け、その内容と上記描画処理データ記憶
手段の内容や補正手段の出力を判断手段で判断し、移動
範囲内ならばラジコン模型の移動を継続して描画し、ま
た移動範囲外ならば、警告手段で警告表示をするように
してある。

以下、ラジコン模型としてヘリコプタを例に実施例を説
明する。

ラジコンヘリコプタの被操作部としては、基本的にはス
ロットル、エルロン、エレベータ、ラダーであるので、
ラジコン送信機(1)は、２本の操作スティックの操作に
より４つの可変抵抗器の抵抗値を変化させ、その電圧の
変化として４つの制御信号を送信し、一方受信された信
号はＡ−Ｄ変換器(5)、インターフェース(6)を介し４つ
のデジタル信号としてパーソナルコンピュータ(7)へ送
られる。

第５図は、シミュレータ部のパーソナルコンピュータで
行なう処理のプログラムの一例を示すフローチャートで
ある。先ず、コンピュータには、予め第６図に示すよう
に、視点に対するヘリコプタの座標軸を、横方向をＸ
軸、縦方向をＹ軸、奥行方向をＺ軸と定め、３次元デー
タで構成されるヘリコプタの立体図形を２次元データに
変換演算し、描画に必要なヘリコプタの形状データ
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として入力しておき、このデータに基づ
いてCRTディスプレイ等のディスプレイ上に、ヘリコプ
タを着陸した状態で表示しておく。なお、ヘリコプタ描
画データメモリには、ヘリコプタのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方
向の位置を定める位置メモリ（ＰＸ），（ＰＹ），（Ｐ
Ｚ）と機体の各軸方向の傾きを定める傾きメモリ（Ｒ
Ｘ），（ＲＹ），（ＲＺ）が含まれている。

一方、ヘリコプタのスロットル、エルロン、エレベータ
及びラダーは、ヘリコプタが静止位置にあるときスロッ
トルはスローの状態であり、エルロン、エレベータ、ラ
ダーはそれぞれ中立の状態にある。上記静止位置のと
き、ラジコン送信機の操作スティックのうち、エルロ
ン、エレベータ、ラダーは中央の中立位置にあるので、
エルロン、エレベータ、ラダーの操作スティックは、中
立位置を基準位置として記憶手段に記憶してある。ま
た、スロットルがスローの状態のときスロットル操作ス
ティックは、中央より下方に位置しているが、離陸のと
きは中央の中立位置よりも上方へ移動されるものである
から、着陸と離陸の判断を容易にするため該操作スティ
ックも中央の中立位置を基準位置として記憶させてあ
る。なお、いずれの操作スティックも、スティックの中
立位置ではなく、移動限の位置等を基準位置と定めるこ
ともできる。

上記のようにして定めた操作スティックの基準位置の記
憶内容と、ラジコン送信機の操作スティックを操作する
ことにより送信された制御信号を受信して得た操作ステ
ィックの位置を、比較手段で比較し、現時点における操
作スティックの基準位置からの変位を検出し、このデー
タに基づいてディスプレイに描画してある静止状態のヘ
リコプタのスロットル、エルロン、エレベータ、ラダー
が、スロー位置若しくは中立位置からどの程度操作され
たかを知る。

各操作スティックの比較は、下記のように行なってい
る。

初めにスロットルスティックの位置を調べ、中立位置と
比較し中立以下ならば離陸していないと判断し、高度デ
ータは着陸時と同じにし、以後の処理は行なわずに初め
に戻ってスロットルスティックの位置の検出を繰り返
す。

もし、スロットルスティックの位置が中立以上になった
時は、比較演算によって得られた中立位置との差を描画
処理データとしてメモリ（ＰＹ）に格納する。

次に、エレベータ、エルロンの操作スティックの位置を
検出し、中立位置と比較してその差を上記スロットルと
同様にそれぞれメモリ(A),(B)に格納する。また、ラダ
ーを制御するラダースティックの位置を検出し、中立位
置との比較の結果をメモリ（ＲＹ）に転送する。ラダー
の操作により、機体は旋回するから、該ラダーの傾きメ
モリにより機体のヘディングを判別し、その結果により
上記メモリ(A),(B)の値をそれぞれ傾きメモリ（Ｒ
Ｘ），（ＲＺ）に転送し、傾きメモリ（ＲＸ）によって
位置メモリ（ＰＸ）を変更し機体をディスプレイにおい
て左右へ移動し、傾きメモリ（ＲＺ）によって位置メモ
リ（ＰＺ）を変更し機体を前後へ移動させるよう姿勢変
更手段を介して画像描画処理が行なわれる。

上記のようにして、描画処理部では４つのデータにもと
づき、ヘリコプタに回転と移動をさせるための計算を行
ない、前の画像を消して新しいヘリコプタを描画する。
その後初めに戻り、以上の処理を繰り返す。

その結果、ラジコン送信機の操作スティックによってデ
ィスプレイに表示された画像をみながらあたかも実際に
ヘリコプタを飛ばしているような操縦感覚を得ることが
できる。

しかし、実際の操縦ではほとんどの場合、風の影響によ
ってヘリコプタの姿勢や位置の変化があるために、以上
の処理による描画だけでは十分な訓練はできないので、
以下に風等の影響による状況の変化を考慮に入れて描画
する方法を説明する。

ヘリコプタが大気中を飛行している場合、空気を相対的
なものとしてとらえており、操縦者は地面の上に立ち、
自分の位置との関係でヘリコプタの姿勢または位置をと
らえている。従って、風による影響は、地面に対して空
気が移動するごとく、ディスプレイに描画するヘリコプ
タの位置を移動することによって実現することができ
る。

実際の方法は、次のような処理をおこなう。まず、Ｘ，
Ｚ方向にのみ一定の風が吹いているという設定で説明す
る。

前述の描画処理部のヘリコプタのＸ方向とＺ方向の位置
データに、予め設定した風等の状況設定記憶として常に
一定の数値（値は設定する風の強さによって変化し、風
向によって正または負になる）を加算することにより、
画面上に描画されるヘリコプタの位置は、あたかも風に
よって常に流されているようになり、操縦者はそれに対
抗して逆の方向にヘリコプタを動かさなければならな
い。

しかし、このような一定の強さの風が常に同じ方向から
吹くということは稀であり、風速や風向は常時変化する
のが自然である。そこで以下にその実施例を説明する。

まず、風速の変化はＸ方向とＺ方向の位置データに加算
する数値をある程度の周期で変化させれば良い。これ
は、何種類かの風速を設定した数値を、連続したアドレ
スのメモリに用意しておき、１画面を描画する毎にカウ
ンタをインクリメントし、カウンタがあらかじめ設定し
た値になったら、カウンタをリセットし、データを持っ
てくるメモリのアドレスを変更する。描画処理部では、
指定されたアドレスのデータをＸ方向とＹ方向の位置デ
ータに加算する。もちろん、風速を設定したデータが最
後になったら、アドレスをデータの先頭にリセットす
る。

次に風向の変化であるが、これも風速と同様に行なう
が、ここではＸ方向とＺ方向の２つのデータが必要にな
るので、用意するデータは２つのデータを一対としてメ
モリに書き込んでおく。なお、これらのデータはランダ
ム関数を利用して書き込んでおくと、操縦者には次の風
向の予測がつかないので訓練の効果が期待できる。

以上の方法で実際の操縦にかなり近い状態を作り出すこ
とができるが、これらの風の条件の設定は、無風から、
かなりの悪天候まで、最初に選択できるようにし、訓練
者の技量に応じた状態をつくるようにしておくとよい。

以上が風を考慮に入れた飛行方法であるが、次に操縦を
誤った時の処理について説明する。

実際にヘリコプタが破損する主な原因は、上下方向に大
きな速度で地面に接地する（墜落）、ヘリコプタが傾い
たまま地面に接地する（転落）、の２点と考えてさしつ
かえない。また、ラジコンのヘリコプタとしての性質
上、目で見て姿勢の判断がつかないほど操縦者から離れ
てしまうと、適切なコントロールができず、墜落は免れ
ない。特に、本発明のようにディスプレイ上にヘリコプ
タを描画する方式では、画面上からヘリコプタがはみ出
してしまうとまったく操縦ができなくなるので、範囲外
の処理が必要である。

従って、上記のように、墜落、転倒、範囲外の３点につ
いて予め移動範囲を記憶し、それと各種データを判断す
る処理を行ない、そのうちいずれかが１つでも異常が発
生した場合は墜落とみなし、操縦者に警告を与えるよう
にする。以下にその方法について説明する。

まず、一旦飛行した後にヘリコプタの高度がゼロになっ
たかどうかを判断する。これは、スロットルスティック
の位置を検出した後、描画処理部のＹ座標データが地面
として設定してある値以下になったかどうかを比較すれ
ば良い。もし、地面以下になったら、着陸した（高度が
ゼロになった）と判断し、次の処理を行なう。

機体の落下する速度はスロットルスティックの位置によ
って変化し、スティックをスロー側にするほど、降下速
度は速くなり、ハイ側にするほど小さくなる。（中立点
を超えると上昇する）従って、着陸した時のスロットル
スティックの位置を調べ、ある程度の値以下の場合は降
下速度が大き過ぎるという判断を下し、飛行を中断し、
墜落（ハードランディング）したという警告を適宜ディ
スプレイに表示する。

この判断部を無事通過した場合は、次に傾きについて判
断する。本発明の実施例では、パーソナルコンピュータ
の計算能力を考慮し、ヘリコプタが傾けば、その方向に
進むという性質を単純に解釈し、本来必要である運動方
程式にもとづく計算は行なっていないので、ここではそ
の実施例にもとづいて説明を行なう。まず、ヘリコプタ
のＸ，Ｚ方向の移動は、傾きの大きさによって変化する
ようになっている。つまり、Ｘ，Ｚ方向の移動速度は傾
きと比例していると考えれば良い。従って、着陸した時
のＸ，Ｙ方向の傾き（ＲＸ），（ＲＺ）を調べ、一定の
値以上の時は、転落したと判断し、飛行を中断し、警告
を適宜ディスプレイに表示する。

以上が、墜落と転倒の処理であるが、どちらも無事に通
過した場合は正常に着陸したと判断し、機体の傾き（Ｒ
Ｘ），（ＲＺ）をゼロにし、高度メモリ（ＰＹ）を地面
と同一にして描画処理を行ない、適宜ディスプレイにナ
イスランディング表示を行い、プログラムの初めに戻
る。

次に範囲外の処理を説明する。これは必ず飛行中に起こ
るので、描画処理を行なう前にヘリコプタのＸ，Ｙ，Ｚ
位置（ＰＸ），（ＰＹ），（ＰＺ）をあらかじめ設定し
た値と比較し、その範囲外内なら飛行を続行し、以外な
ら、飛行を中断してディスプレイに範囲外の警告を表示
する。

なお、いずれの場合も警告を表示した後、最初に戻って
訓練を続けられるようにする。

以上によりシミュレータを用いてラジコンの訓練をする
ことができるが、移動範囲記憶手段に種々のデータを記
憶させておくことによりさらに訓練者に興味を持たせ、
訓練の効果を上げることができる。

例えば、興味を持たせるためには、訓練にゲーム正を採
り入れ、操縦者がなるべく高い得点をとるために操縦の
修得を目指すという方法が良い。そこで、一例として、
指定地着陸ゲームの説明をする。

これは、次々に位置が変わって表示される指定地の中に
着陸をすることにより、得点が加算されるものである。
もちろん操縦を誤ると、墜落や転倒をしてしまい、その
時は減点さるようになっている。

まず、指定地は判断の都合上、Ｘ方向とＺ方向に平行な
４本の線分で構成される矩形とする。この指定地の大き
さはヘリコプタのメインロータ径(a)と同じ位にしてお
くと良い。指定地の描画は、まずランダム関数によって
得られるＸ，Ｚ座標をもとに、第７図に示すように、基
準点（Ｘ，Ｚ）に対し の４点を計算し、それぞれの点を結ぶことによって行な
う。

次にヘリコプタが無事に着陸した時に、ヘリコプタの描
画データのＸ，Ｚ位置が上記指定地の中に入っているか
どうか判断し、入っている時は指定地着陸成功の表示を
し、得点を加算して次の指定地の描画を行なう。指定地
に入っていないときは指定地外着陸という表示を行な
い、そのままの状態で飛行続行を促す。

以上の方法で指定地着陸のゲームを行なうことができ
る。その他、時間制限、燃料制限等を設け、その制限内
での高得点を競うようにすることもできる。

このようなゲーム性のある処理は他にも複数考えられ
る。例えば、なるべく一定の場所でホバリングを続け、
一定時間内に移動したX,Y,Z方向の最大値をメモリに記
憶しておき、その結果を判定して得点を表示するという
ものや、あらかじめ決められたパターンを地面に描画し
ておき、その上をできるだけ忠実に飛行し、そのパター
ンとのずれを計算して得点を表示する等のものである。
これらの訓練は、単にヘリコプタの基本的な操縦を修得
するだけでなく、実際に行なわれている高度な競技会ル
ールの練習にも利用できるものである。

上記実施例は、ヘリコプタのラジコン模型について説明
したが、飛行機、グライダー等のその他の飛翔体、船、
自動車、オートバイその他各種のラジコン模型をシミュ
レータに描画することができ、またラジコン模型の被操
作部をスロットル、エルロン、エレベータ、ラダーの４
つとして説明したが、それより少なくしたり、若しくは
引き込み脚、ブレーキその他実際のラジコン模型に装備
されている種々の被操作部を付加して構成することもで
きる。

本発明は上記のように構成され、実際の姿態と同じよう
にディスプレイに表示されたラジコン模型を見ながらラ
ジコン送信機を用いて訓練することができるので、例え
ば実物のラジコンヘリコプタ模型を地上の保持板に取付
けて操縦練習する装置のように練習に広い場所を必要と
せず、近所に迷惑を及ぼす非常に大きなエンジン音を発
生することもなく、実物のラジコン模型を準備する必要
もないから、経済的であり、その上シミュレータのディ
スプレイ上にはラジコン模型の種々の態様の姿態描画す
ることができるので、保持板に実物のラジコン模型の一
部を固定した状態の練習では不可能なような宙返りや各
種の旋回運動等の運動練習、コンピュータで各種の状況
設定をすることにより風の影響等を考慮した練習、移動
範囲を記憶させることにより移動範囲を制限した練習等
各種の変化に富んだ練習をすることができ、またディス
プレイ上に描画するラジコン模型の画像を変えればラジ
コンヘリコプタ模型に代えてラジコン飛行機、グライダ
ー等の飛翔体、船、自動車、オートバイその他各種のラ
ジコン模型の練習装置を容易に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は全体の構成図、
第２図はラジコン送信機の構成図、第３図は無線方式の
場合の構成図、第４図はシミュレータ部の構成図、第５
図はシミュレータ部のコンピュータのプログラムを示す
フローチャート、第６図はヘリコプタ模型を描画する場
合の座標軸の説明図、第７図はディスプレイ上に指定地
を定める場合の説明図である。 １……ラジコン送信機、８……ディスプレイ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操作スティックによりラジコン模型の被操
   作部を制御する制御信号を送信するラジコン送信機と、 ラジコン模型の姿態をディスプレイに描画するラジコン
   模型画像描画処理手段、上記ラジコン模型が静止位置に
   あるとき該ラジコン模型の被操作部に対応して上記操作
   スティックの基準位置を記憶する基準位置記憶手段、上
   記操作スティックを操作したときの上記ラジコン送信機
   からの制御信号を受信して上記操作スティックの位置を
   検出する操作スティック位置検出手段、該検出した位置
   を記憶する検出位置記憶手段、上記基準位置記憶手段と
   検出位置記憶手段の内容を比較する比較手段、該比較手
   段からの出力を記憶する描画処理データ記憶手段、該描
   画処理データ記憶手段の記憶データに基づき上記ディス
   プレイに表示されたラジコン模型の姿態を変更する姿態
   変更手段を有するシミュレータと を具備するラジコン模型操縦練習装置。