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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024162888
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】方向検出器
(51)【国際特許分類】
G05D 1/00 20240101AFI20241114BHJP
H04Q 9/00 20060101ALI20241114BHJP
【ＦＩ】
G05D1/00 B
H04Q9/00 331Z
H04Q9/00 341A
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023078859
(22)【出願日】2023-05-11
(71)【出願人】
【識別番号】300038435
【氏名又は名称】▲吉▼川 英之
(72)【発明者】
【氏名】▲吉▼川 英之
【テーマコード（参考）】
5H301
5K048
【Ｆターム（参考）】
5H301AA02
5H301BB14
5H301CC03
5H301CC06
5H301CC10
5H301DD06
5H301DD16
5K048BA41
5K048DA01
5K048DB04
5K048EB02
5K048EB03
(57)【要約】 （修正有）
【課題】走行体の遠隔操縦システムにおいて、操縦器の発する赤外線の飛来方向θを検出し、遠隔操縦システムを少数部品、低コストで作る。
【解決手段】コマンド信号を送信する第１赤外ＬＥＤを有する操縦器と、操縦器からのコマンド信号を受信する第１リモコン受信モジュールと、受信したコマンド信号に同期して、それぞれ異なるタイミングで漸増信号を出力する複数の第２赤外ＬＥＤを有する走行体とを備える。操縦器は、走行体の複数の第２赤外ＬＥＤからの漸増信号を受光し、受光した漸増信号の強度に応じてハイ信号又はロー信号を出力する第２リモコン受信モジュールを備え、第２リモコン受信モジュールから出力される信号は、複数の第２赤外ＬＥＤの放射方向の向きに対応して、所定のタイミングでハイからロウに変化し、それぞれの漸増信号に対応して時間軸データーを生成し、当該時間軸データーから、操縦器からの受光光線の飛来方向θを算出する。
【選択図】図１
【解決手段】コマンド信号を送信する第１赤外ＬＥＤを有する操縦器と、操縦器からのコマンド信号を受信する第１リモコン受信モジュールと、受信したコマンド信号に同期して、それぞれ異なるタイミングで漸増信号を出力する複数の第２赤外ＬＥＤを有する走行体とを備える。操縦器は、走行体の複数の第２赤外ＬＥＤからの漸増信号を受光し、受光した漸増信号の強度に応じてハイ信号又はロー信号を出力する第２リモコン受信モジュールを備え、第２リモコン受信モジュールから出力される信号は、複数の第２赤外ＬＥＤの放射方向の向きに対応して、所定のタイミングでハイからロウに変化し、それぞれの漸増信号に対応して時間軸データーを生成し、当該時間軸データーから、操縦器からの受光光線の飛来方向θを算出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
操縦器から発せられる光信号の方向を検出する方向検出器であって、
コマンド信号を送信する第１赤外ＬＥＤを有する操縦器と、
前記操縦器からのコマンド信号を受信する第１リモコン受信モジュールと、受信した前記コマンド信号に同期して、それぞれ異なるタイミングで漸増信号を出力する複数の第２赤外ＬＥＤを有する走行体とを備え、
前記リモコン受信モジュールの前記複数の第２赤外ＬＥＤは、疑似水平面状であって、赤外線の放射方向が異なる方向を向くように配置されており、
前記操縦器は、前記走行体の前記複数の第２赤外ＬＥＤからの漸増信号を受光し、受光した漸増信号の強度に応じてハイ信号又はロー信号を出力する第２リモコン受信モジュールを備え、
前記漸増信号は、時間と共に振幅が変化する漸増信号であり、
前記第２リモコン受信モジュールから出力される信号は、前記複数の第２赤外ＬＥＤの放射方向の向きに対応して、所定のタイミングでハイからロウに変化し、それぞれの漸増信号に対応して時間軸データーを生成し、当該時間軸データーから、前記操縦器からの受光光線の飛来方向θを算出することを特徴とする方向検出器。
コマンド信号を送信する第１赤外ＬＥＤを有する操縦器と、
前記操縦器からのコマンド信号を受信する第１リモコン受信モジュールと、受信した前記コマンド信号に同期して、それぞれ異なるタイミングで漸増信号を出力する複数の第２赤外ＬＥＤを有する走行体とを備え、
前記リモコン受信モジュールの前記複数の第２赤外ＬＥＤは、疑似水平面状であって、赤外線の放射方向が異なる方向を向くように配置されており、
前記操縦器は、前記走行体の前記複数の第２赤外ＬＥＤからの漸増信号を受光し、受光した漸増信号の強度に応じてハイ信号又はロー信号を出力する第２リモコン受信モジュールを備え、
前記漸増信号は、時間と共に振幅が変化する漸増信号であり、
前記第２リモコン受信モジュールから出力される信号は、前記複数の第２赤外ＬＥＤの放射方向の向きに対応して、所定のタイミングでハイからロウに変化し、それぞれの漸増信号に対応して時間軸データーを生成し、当該時間軸データーから、前記操縦器からの受光光線の飛来方向θを算出することを特徴とする方向検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光線を使用した方向検出器および方向検出器付きの遠隔操縦システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、走行模型の遠隔操縦システムは、舵の動き自体を、遠隔で操作することが基本であったため、向きの操縦が大変難しい欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】W001/095001 公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
これを改善するために、被操縦物体に、操縦器の位置の方向検出機能を設けて、フィードバック制御する手法が試されたが、部品数も多く、コストも高かった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明に係る方向検出器は、操縦器から発せられる光信号の方向を検出する方向検出器であって、コマンド信号を送信する第１赤外ＬＥＤを有する操縦器と、
前記操縦器からのコマンド信号を受信する第１リモコン受信モジュールと、受信した前記コマンド信号に同期して、それぞれ異なるタイミングで漸増信号を出力する複数の第２赤外ＬＥＤを有する走行体とを備える。前記リモコン受信モジュールの前記複数の第２赤外ＬＥＤは、疑似水平面状であって、赤外線の放射方向が異なる方向を向くように配置されている。また、前記操縦器は、前記走行体の前記複数の第２赤外ＬＥＤからの漸増信号を受光し、受光した漸増信号の強度に応じてハイ信号又はロー信号を出力する第２リモコン受信モジュールを備える。前記漸増信号は、時間と共に振幅が変化する漸増信号であり、前記第２リモコン受信モジュールから出力される信号は、前記複数の第２赤外ＬＥＤの放射方向の向きに対応して、所定のタイミングでハイからロウに変化し、それぞれの漸増信号に対応して時間軸データーを生成し、当該時間軸データーから、前記操縦器からの受光光線の飛来方向θを算出することを特徴とする。
前記操縦器からのコマンド信号を受信する第１リモコン受信モジュールと、受信した前記コマンド信号に同期して、それぞれ異なるタイミングで漸増信号を出力する複数の第２赤外ＬＥＤを有する走行体とを備える。前記リモコン受信モジュールの前記複数の第２赤外ＬＥＤは、疑似水平面状であって、赤外線の放射方向が異なる方向を向くように配置されている。また、前記操縦器は、前記走行体の前記複数の第２赤外ＬＥＤからの漸増信号を受光し、受光した漸増信号の強度に応じてハイ信号又はロー信号を出力する第２リモコン受信モジュールを備える。前記漸増信号は、時間と共に振幅が変化する漸増信号であり、前記第２リモコン受信モジュールから出力される信号は、前記複数の第２赤外ＬＥＤの放射方向の向きに対応して、所定のタイミングでハイからロウに変化し、それぞれの漸増信号に対応して時間軸データーを生成し、当該時間軸データーから、前記操縦器からの受光光線の飛来方向θを算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
この発明により、少ない部品でコストが安くて、使いやすい遠隔操縦システムが作成できた。また、量産部品を多く使用しているので、性能も安定している。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
いくつかの実施形態に係る方向検出器および遠隔操縦システムを、以下に図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付する。
【0009】
以下に、第１の実施形態に係る方向検出器および遠隔操縦システムについて、いくつかの実施例を用いて説明する。
【0010】
本発明のサッカーゲーム機の概略を、図１：平面図、図２：側面図に示す。
操縦器１を使って、走行体２を操縦し、サッカーゲーム等を行う。本実施形態において、走行体２が、本発明における被操縦物体に相当する。
図１において、走行体２のほぼ中央に、リモコン受信モジュール３Ａが配置されている。また、走行体２の下方には、リモコン受信モジュール３Ａに操縦信号を送信し、遠隔操作する操縦器１が示されている。操縦器１の左側にある円記号は、ジョイスティック１７であり、このつまみを倒す方向αで、α方向に、走行体２を操縦できることを表す。また、操縦器１の右側には、複数の操縦用スイッチ１８を表し、任意の操縦ができることを、意味する。様々なスイッチ１８等を使い、前進、後進、走行操縦やシュートなど操縦を行う。「操縦信号」は赤外線信号または電波信号などとして走行体２に向けて放出される。また、走行体２の「左右の車輪」を、「キャタピラー」に変更すれば、動作は、同じであるが、キャタピラーの方が、動作が、ダイナミックに見える。
これらの操縦内容は、操縦器１に取り付けられた赤外線ＬＥＤ１６から、赤外線のコマンド信号として走行体２に向けて送信される。
また、操縦器１に取り付けられたリモコン受信モジュール３は、前方を向いて、走行体２からの赤外線信号を受信できるように取り付けられている。
操縦器１を使って、走行体２を操縦し、サッカーゲーム等を行う。本実施形態において、走行体２が、本発明における被操縦物体に相当する。
図１において、走行体２のほぼ中央に、リモコン受信モジュール３Ａが配置されている。また、走行体２の下方には、リモコン受信モジュール３Ａに操縦信号を送信し、遠隔操作する操縦器１が示されている。操縦器１の左側にある円記号は、ジョイスティック１７であり、このつまみを倒す方向αで、α方向に、走行体２を操縦できることを表す。また、操縦器１の右側には、複数の操縦用スイッチ１８を表し、任意の操縦ができることを、意味する。様々なスイッチ１８等を使い、前進、後進、走行操縦やシュートなど操縦を行う。「操縦信号」は赤外線信号または電波信号などとして走行体２に向けて放出される。また、走行体２の「左右の車輪」を、「キャタピラー」に変更すれば、動作は、同じであるが、キャタピラーの方が、動作が、ダイナミックに見える。
これらの操縦内容は、操縦器１に取り付けられた赤外線ＬＥＤ１６から、赤外線のコマンド信号として走行体２に向けて送信される。
また、操縦器１に取り付けられたリモコン受信モジュール３は、前方を向いて、走行体２からの赤外線信号を受信できるように取り付けられている。
【0011】
次に、走行体２（被操縦物体）について、詳細に説明する。図１において、走行体２のリモコン受信モジュール３Ａの上部には、半球反射鏡が設けられており、操縦器１の赤外線ＬＥＤ１６から送信された赤外線のコマンド信号を半球反射鏡により反射させて、走行体２のリモコン受信モジュール３Ａにより受信可能に構成されている。なお、本実施形態では、半球反射鏡を設けて、全方位からの操縦器１の赤外線ＬＥＤ１６から送信された赤外線のコマンド信号を受信できるように構成している。しかし、限定されず、半球反射鏡を設けずに、受光面を異なる方向に向けたリモコン受信モジュール３Ａを複数設けるようにしてもよい。これらは、すべて異なる方向を向いて取り付けられており、走行体２がどちらを向いていても、操縦器１の赤外線LED１６からの赤外線（コマンド信号）を受信できる。
【0012】
走行体２の中央には、６個の赤外線ＬＥＤ（９０，９１，９２，９３，９４，９５）が、全方位に向けて取り付けられており、ここから全ての方向に切り替えて出る赤外線（漸増信号）の複数組の信号は、操縦器１のリモコン受信モジュール３が受信できるようになる。
【0013】
また、図１、図２の走行体２には、モータ付きの右車輪１３と左車輪１４が備えられ、走行体２の向きを自由に変えながら、左右・前進、後進して自由に走行できる。走行体２の前部には、ボールを操るためのシュート機構１２を備えている。（詳細は省略）
【0014】
次に、操縦器１について説明する。図３は、操縦器１から発せられる「操縦信号」を生成するためのブロック図を説明するための図である。図３において、操縦器１には、マイコンが内蔵されており、このマイコンに接続されたジョイスティック１７と操作スイッチ１８を操縦者が操作して、操縦器１の操縦を行う。
操縦器１の操縦結果は、左上のマイコンに内蔵されたシリアルデータ送信器を通って、マイコンに内蔵された搬送波発振器からの搬送波と組み合わされ、増幅器で増幅されて、赤外ＬＥＤ１６を通って、赤外線（コマンド）として、走行体２の方へ送信される。
又、走行体２からの赤外線（漸増信号）は、図３の右上のリモコン受信モジュール３に入力され、マイコンの入出力ポートを経由して、マイコンに取り込まれる。その際、リモコン受信モジュール３に、ＡＧＣ機能が付いている場合は、その機能は、邪魔になるので、赤外線受信の度に、その直前に電源をローに落とし、ＡＧＣの初期化を行う。詳細説明は図６で行う。
操縦器１の操縦結果は、左上のマイコンに内蔵されたシリアルデータ送信器を通って、マイコンに内蔵された搬送波発振器からの搬送波と組み合わされ、増幅器で増幅されて、赤外ＬＥＤ１６を通って、赤外線（コマンド）として、走行体２の方へ送信される。
又、走行体２からの赤外線（漸増信号）は、図３の右上のリモコン受信モジュール３に入力され、マイコンの入出力ポートを経由して、マイコンに取り込まれる。その際、リモコン受信モジュール３に、ＡＧＣ機能が付いている場合は、その機能は、邪魔になるので、赤外線受信の度に、その直前に電源をローに落とし、ＡＧＣの初期化を行う。詳細説明は図６で行う。
【0015】
次に、走行体２について説明する。図４は、走行体２のブロック図である。走行体２には、図４の中央付近に表したマイコン４０が内蔵されており、細かい制御を行う。操縦器１から送信された赤外線(コマンド)（図４の左上を参照）は、リモコン受信モジュール３Ａにより受信される。本実施形態では、図１、図２を見るとわかるように、半球反射鏡が設けられており、操縦器１から送信された赤外線(コマンド)を半球反射鏡により、リモコン受信モジュール３Ａに向けて反射することで、全方位からの赤外線を受信可能に構成されている。
但し、ここを通る赤外線は、普通のシリアル信号なので、電波の通信に変えることなど自由に変更が可能である。
また、マイコン４０には、ＰＷＭ生成器４５，４６，４７などが、複数並んで配置されており、各種モーターがＰＷＭ制御できるように接続されている。
また、走行体２には、赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）（９０，９１，９２，９３，９４，９５）が複数個搭載されており、漸増信号を任意の形で操縦器１に向けて放射するようにプログラムされている。
用途は、操縦器１からみた走行体２の向きを測定することである。
但し、ここを通る赤外線は、普通のシリアル信号なので、電波の通信に変えることなど自由に変更が可能である。
また、マイコン４０には、ＰＷＭ生成器４５，４６，４７などが、複数並んで配置されており、各種モーターがＰＷＭ制御できるように接続されている。
また、走行体２には、赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）（９０，９１，９２，９３，９４，９５）が複数個搭載されており、漸増信号を任意の形で操縦器１に向けて放射するようにプログラムされている。
用途は、操縦器１からみた走行体２の向きを測定することである。
【0016】
次に、操縦器１から発せられる赤外線信号について説明する。図５は、第１の実施形態に係る操縦器１から発せられる赤外線信号の波形を示す図である。図５に示した各波形を示す図において、横軸は時間、縦軸は信号光強度を模式的に示している。
図５を参照すると、まず左上で、操縦器１から走行体２のリモコン受信モジュールに向けた赤外線の信号波形である。これは、シリアルのコマンドの波形である（（１）（操縦器１）赤外ＬＥＤ１６）。
次に続く波形は、振幅が０から次第に大きくなっていく「漸増信号」であり、走行体２の円状に置かれた６個の赤外ＬＥＤ９０，９１，９２，９３，９４，９５を順々に同じ波形を送信していくことを表している（（２）走行体２）赤外ＬＥＤ―９０、（３）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９１、（４）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９２，（５）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９３、（６）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９４、（７）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９５）。
図５を参照すると、まず左上で、操縦器１から走行体２のリモコン受信モジュールに向けた赤外線の信号波形である。これは、シリアルのコマンドの波形である（（１）（操縦器１）赤外ＬＥＤ１６）。
次に続く波形は、振幅が０から次第に大きくなっていく「漸増信号」であり、走行体２の円状に置かれた６個の赤外ＬＥＤ９０，９１，９２，９３，９４，９５を順々に同じ波形を送信していくことを表している（（２）走行体２）赤外ＬＥＤ―９０、（３）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９１、（４）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９２，（５）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９３、（６）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９４、（７）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９５）。
【0017】
次に、リモコン受信モジュールの動作について説明する。図６は、本実施形態に係るリモコン受信モジュールの動作を説明するための図である。
図６は、走行体２から送信された赤外線信号が操縦器１に到達したところを示している。走行体２の赤外ＬＥＤ（９０，９１，９２，９３，９４，９５）は円形に外側を向いて並んでいるので、図６の上段に示すように、これらの赤外ＬＥＤ（９０，９１，９２，９３，９４，９５）からの赤外光信号の振幅が大きくなるところと小さくなるところがある。この状態でリモコン受信モジュールに取り込まれる。
図６の下段の図において、（８）入力（（操縦器１）リモコン受信モジュール３の「電源端子」）は、リモコン受信モジュール３の電源オンオフでＡＧＣの初期化をしている図である。
（９）出力（同上（操縦器１）リモコン受信モジュール３の［出力端子］）はリモコン受信モジュール３の出力端子の波形である。まず、操縦器１のリモコン受信モジュール３の「電源端子」がオンになることで、操縦器１のリモコン受信モジュール３の「出力端子」がオンになる。また、リモコン受信モジュール３の「電源端子」がオフになることで、操縦器１のリモコン受信モジュール３の「出力端子」がオフになる。一方、（２）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９０、（３）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９１、（４）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９２，（５）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９３、（６）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９４、（７）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９５）からの赤外信号光の強度が所定の値（しきい値）以上になったとき、操縦器１のリモコン受信モジュール３の「出力端子」がローレベルに遷移する（オフ状態）になるように構成されている。図６の上段に示すように、赤外ＬＥＤ（９０，９１，９２，９３，９４，９５）からの赤外光信号の振幅が大きくなるところと小さくなるところがあり、この赤外光信号の振幅が大きに対応して、操縦器１のリモコン受信モジュール３の「出力端子」がローレベルに遷移する（オフ状態）になるタイミングが変化する。この状態を（１０）操縦器１のＣＰＵプログラムによる結果に示すＴ（０）、Ｔ（１）、Ｔ（２）、Ｔ（３）、Ｔ（４）、及びＴ（５）が得られる。このＴ（０）、Ｔ（１）、Ｔ（２）、Ｔ（３）、Ｔ（４）、及びＴ（５）から方向θを計算することができる。
図６は、走行体２から送信された赤外線信号が操縦器１に到達したところを示している。走行体２の赤外ＬＥＤ（９０，９１，９２，９３，９４，９５）は円形に外側を向いて並んでいるので、図６の上段に示すように、これらの赤外ＬＥＤ（９０，９１，９２，９３，９４，９５）からの赤外光信号の振幅が大きくなるところと小さくなるところがある。この状態でリモコン受信モジュールに取り込まれる。
図６の下段の図において、（８）入力（（操縦器１）リモコン受信モジュール３の「電源端子」）は、リモコン受信モジュール３の電源オンオフでＡＧＣの初期化をしている図である。
（９）出力（同上（操縦器１）リモコン受信モジュール３の［出力端子］）はリモコン受信モジュール３の出力端子の波形である。まず、操縦器１のリモコン受信モジュール３の「電源端子」がオンになることで、操縦器１のリモコン受信モジュール３の「出力端子」がオンになる。また、リモコン受信モジュール３の「電源端子」がオフになることで、操縦器１のリモコン受信モジュール３の「出力端子」がオフになる。一方、（２）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９０、（３）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９１、（４）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９２，（５）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９３、（６）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９４、（７）（走行体２）赤外ＬＥＤ―９５）からの赤外信号光の強度が所定の値（しきい値）以上になったとき、操縦器１のリモコン受信モジュール３の「出力端子」がローレベルに遷移する（オフ状態）になるように構成されている。図６の上段に示すように、赤外ＬＥＤ（９０，９１，９２，９３，９４，９５）からの赤外光信号の振幅が大きくなるところと小さくなるところがあり、この赤外光信号の振幅が大きに対応して、操縦器１のリモコン受信モジュール３の「出力端子」がローレベルに遷移する（オフ状態）になるタイミングが変化する。この状態を（１０）操縦器１のＣＰＵプログラムによる結果に示すＴ（０）、Ｔ（１）、Ｔ（２）、Ｔ（３）、Ｔ（４）、及びＴ（５）が得られる。このＴ（０）、Ｔ（１）、Ｔ（２）、Ｔ（３）、Ｔ（４）、及びＴ（５）から方向θを計算することができる。
【符号の説明】
【0018】
１：操縦器
２：走行体
３，３Ａ：リモコン受信モジュール
１３：右車輪
１４：左車輪
１５：ボール
１６：赤外線ＬＥＤ
１７：ジョイスティック
１８：操縦用スイッチ
９０，９１，９２，９３，９４，９５：赤外線ＬＥＤ
４０：走行体のマイコン
４４：走行体ＣＰＵ
４５、４６、４７: 走行体のＰＷＭ生成器
４８、４９、５０：走行体の増幅器
５１：左モータ
５２：右モータ
５３：シュートモータ
α：ジョイスティックを倒した方向、または、ロータリーエンコーダ―の示す方向、操縦角
β：走行体の向き
θ：赤外線飛来方向
γ：赤外線入力感度角
２：走行体
３，３Ａ：リモコン受信モジュール
１３：右車輪
１４：左車輪
１５：ボール
１６：赤外線ＬＥＤ
１７：ジョイスティック
１８：操縦用スイッチ
９０，９１，９２，９３，９４，９５：赤外線ＬＥＤ
４０：走行体のマイコン
４４：走行体ＣＰＵ
４５、４６、４７: 走行体のＰＷＭ生成器
４８、４９、５０：走行体の増幅器
５１：左モータ
５２：右モータ
５３：シュートモータ
α：ジョイスティックを倒した方向、または、ロータリーエンコーダ―の示す方向、操縦角
β：走行体の向き
θ：赤外線飛来方向
γ：赤外線入力感度角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
