特許 7329239 フライトシミュレーター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-09

(45)【発行日】2023-08-18

(54)【発明の名称】フライトシミュレーター

(51)【国際特許分類】

   G09B 9/10 20060101AFI20230810BHJP

【ＦＩ】

G09B9/10

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019172058

(22)【出願日】2019-09-20

(65)【公開番号】P2021051105

(43)【公開日】2021-04-01

【審査請求日】2022-09-15

(73)【特許権者】

【識別番号】599085633

【氏名又は名称】株式会社タマディック

(74)【代理人】

【識別番号】100167081

【弁理士】

【氏名又は名称】本谷 孝夫

(74)【代理人】

【識別番号】100154195

【弁理士】

【氏名又は名称】丸林 敬子

(74)【代理人】

【識別番号】100171826

【弁理士】

【氏名又は名称】丸林 啓介

(72)【発明者】

【氏名】加藤 丈尋

(72)【発明者】

【氏名】片山 博文

(72)【発明者】

【氏名】玉木 紀康

(72)【発明者】

【氏名】神戸 幹弥

【審査官】槙 俊秋

(56)【参考文献】

【文献】特開平７－５９９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１３７５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平５－８５７８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭４９－５１３４８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平８－３３５０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４９－４２９３４（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】実開平７－２２８９９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０９Ｂ ９／００－ ９／５６

Ａ６３Ｇ １／００－３３／００

Ａ６３Ｊ １／００－９９／００

Ａ６３Ｋ １／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

前後方向に延在する軸線(ＳＬ)に対する平行方向及び当該軸線回りに回動可能な操縦桿(１６)を有するフライトシミュレーター(１０)であって、
前記平行方向に直線移動可能な軸線方向移動部(３２)と、
前記軸線方向移動部(３２)上に前記軸線回りに回動自在に設けられ、一端部に前記操縦桿(１６)が固定された操縦軸(１７)と、
前記軸線方向移動部(３２)の移動に対し移動抵抗を付与する第１モータ(４９Ａ)と、
前記操縦軸(１７)の軸線回りの回動に対し回動抵抗を付与する第２モータ(４９Ｂ)と、
前記第１モータ(４９Ａ)及び前記第２モータ(４９Ｂ)に対する制御量を演算する操縦桿負荷制御部(７２)と、
を備えるフライトシミュレーター。

【請求項2】

前記軸線方向移動部(３２)の直線移動方向に設けられた一対のプーリー(５２Ａ、５２Ｂ)と、
前記一対のプーリー(５２Ａ、５２Ｂ)に架けられて回転駆動するベルト(５４)と、
前記ベルト(５４)と前記軸線方向移動部(３２)とを結合させる結合部(５６)と、を備え、
前記第１モータ(４９Ａ)は、前記ベルト(５４)に対して回動抵抗を付与する、
請求項１記載のフライトシミュレーター。

【請求項3】

前記第２モータ(４９Ｂ)の回転軸に設けられた第１ギヤ(６２)と、
前記操縦軸(１７)に設けられ、前記第１ギヤ(６２)に噛み合わされる第２ギヤ(６４)と、
を備え、
前記第２モータ(４９Ｂ)は、前記第１ギヤ(６２)及び前記第２ギヤ(６４)を介して回動抵抗を前記操縦軸(１７)に付与する、
請求項１又は請求項２記載のフライトシミュレーター。

【請求項4】

前記軸線方向移動部(３２)の移動量を検出する移動量センサ(５７)と、
前記操縦軸(１７)の回転角を検出する回転角センサ(６８)と、
を備え、
前記操縦桿負荷制御部(７２)は、前記移動量センサ(５７)による検出結果に基づいて前記第１モータ(４９Ａ)に対する制御量を算出し、前記回転角センサ(６８)による検出結果に基づいて前記第２モータ(４９Ｂ)に対する制御量を算出する、
請求項１から請求項３の何れか１項記載のフライトシミュレーター。

【請求項5】

前記軸線方向移動部(３２)の移動により発生する負荷を検出する負荷センサ(５９)と、
前記操縦軸(１７)の回転トルクを検出するトルクセンサ(４２)と、
を備え、
前記操縦桿負荷制御部(７２)は、前記移動量センサ(５７)による検出結果に基づく反力値と前記負荷センサ(５９)による検出結果との差分から前記第１モータ(４９Ａ)に対する制御量を算出し、前記回転角センサ(６８)による検出結果に基づく反力値と前記トルクセンサ(４２)による検出結果との差分から前記第２モータ(４９Ｂ)に対する制御量を算出する、
請求項４記載のフライトシミュレーター。

【請求項6】

左右一対の前記操縦桿(１６)が備えられ、
一対の前記操縦桿(１６)の前記操縦軸(１７)は、連動装置(４１)によって繋がれている、
請求項１から請求項５の何れか１項記載のフライトシミュレーター。

【請求項7】

前記連動装置(４１)は、左側の左操縦桿(１６Ｌ)が固定される左操縦軸(１７Ｌ)と右側の右操縦桿(１６Ｒ)が固定される右操縦軸(１７Ｒ)の中間に共通操縦軸(１７Ｃ)が配置され、前記左操縦軸(１７Ｌ)と前記共通操縦軸(１７Ｃ)とは左連動装置(４１Ｌ)によって連動可能に構成され、前記右操縦軸(１７Ｒ)と前記共通操縦軸(１７Ｃ)とは右連動装置(４１Ｒ)によって連動可能に構成され、
前記共通操縦軸(１７Ｃ)には、前記操縦軸(１７)の回転トルクを検出するトルクセンサ(４２)が直列配置される、
請求項６に記載のフライトシミュレーター。

【請求項8】

前記共通操縦軸(１７Ｃ)の真下に前記軸線方向移動部(３２)の移動により発生する負荷を検出する負荷センサ(５９)が配置される、
請求項７に記載のフライトシミュレーター。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フライトシミュレーターに関するものである。

【背景技術】

【0002】

フライトシミュレーターは、実際の航空機を模擬した操縦桿を前後（軸線）方向へ移動させることで、航空機のピッチ（上昇下降）、及び当該操縦桿を前記軸線回りに回転させることで、ロール（左右旋回）を模擬する。実際の航空機は、操縦桿を操作すると反力が生じ、航空機の操縦者はこの反力を感じることによって、航空機の状態を体感し得る。このため、フライトシミュレーターでもこのような操舵感覚を、シミュレーターを使用している訓練者に与えることが望まれる。

【0003】

ここで、特許文献１には、フライトシミュレーターの操縦桿にスプリングによって抵抗を与えることで、安価に操舵感覚を与える操舵力発生装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】実開平５－８５７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示されている装置では、スプリングを用いているので、操縦桿に対する反力の微調整ができない。このため、実際の操縦負荷を模擬した操舵感覚を再現し難い。また、例えば、セスナ機のような小型航空機のフライトシミュレーターは、旅客機のような大型航空機のフライトシミュレーターのように、シミュレーターの構成を大型、複雑化することはできない。このため、小型航空機のフライトシミュレーターは、その構成を簡易とし、小型化することが望まれている。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、実際の操縦負荷を模擬した反力を簡易な構成で操縦桿に与えるフライトシミュレーターを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のフライトシミュレーターは以下の手段を採用する。

【0008】

本発明のフライトシミュレーターは、前後方向に延在する軸線に対する平行方向及び当該軸線回りに回動可能な操縦桿を有するフライトシミュレーターであって、前記平行方向に直線移動可能な軸線方向移動部と、前記軸線方向移動部上に前記軸線回りに回動自在に設けられ、一端部に前記操縦桿が固定された操縦軸と、前記軸線方向移動部の移動に対し移動抵抗を付与する第１モータと、前記操縦軸の軸線回りの回動に対し回動抵抗を付与する第２モータと、前記第１モータ及び前記第２モータに対する制御量を演算する負荷制御部と、を備える。

【0009】

本構成によれば、一端部に操縦桿が固定された操縦軸が設けられた軸線方向移動部の移動に対して第１モータによって移動抵抗が付与され、操縦軸の軸線回りの回動に対して第２モータによって回動抵抗が付与される。これにより、実際の操縦負荷を模擬した反力を簡易な構成で操縦桿に与えることができる。

【0010】

上記態様のフライトシミュレーターは、前記軸線方向移動部の直線移動方向に設けられた一対のプーリーと、前記一対のプーリーに架けられて回転駆動するベルトと、前記ベルトと前記軸線方向移動部とを結合させる結合部と、を備え、前記第１モータは、前記ベルトに対して回動抵抗を付与する。

【0011】

本構成によれば、軸線方向移動部に結合されるベルトに回動抵抗が付与されることによって、操縦桿の軸線方向の移動に対する移動抵抗を簡易な構成で付与できる。

【0012】

上記態様のフライトシミュレーターは、前記第２モータの回転軸に設けられた第１ギヤと、前記操縦軸に設けられ、前記第１ギヤに噛み合わされる第２ギヤと、を備え、前記第２モータは、前記第１ギヤ及び前記第２ギヤを介して回動抵抗を前記操縦軸に付与する。

【0013】

本構成によれば、一対のギヤによって第２モータからの回動抵抗が操縦軸に付与されるので、操縦桿の回転方向に対する回動抵抗を簡易な構成で付与できる。

【0014】

上記態様のフライトシミュレーターは、前記軸線方向移動部の移動量を検出する移動量センサと、前記操縦軸の回転角を検出する回転角センサと、を備え、前記負荷制御部は、前記移動量センサによる検出結果に基づいて前記第１モータに対する制御量を算出し、前記回転角センサによる検出結果に基づいて前記第２モータに対する制御量を算出する。

【0015】

本構成によれば、簡易な演算によって実際の操縦負荷を模擬した負荷を操縦桿に与えることができる。

【0016】

上記態様のフライトシミュレーターは、前記軸線方向移動部の移動により発生する負荷を検出する負荷センサと、前記操縦軸の回転トルクを検出するトルクセンサと、を備え、前記負荷制御部は、前記移動量センサによる検出結果に基づく反力値と前記負荷センサによる検出結果との差分から前記第１モータに対する制御量を算出し、前記回転角センサによる検出結果に基づく反力値と前記トルクセンサによる検出結果との差分から前記第２モータに対する制御量を算出する。

【0017】

本構成によれば、簡易な演算によって実際の操縦負荷を模擬した負荷を操縦桿に与えることができる。

【0018】

上記態様のフライトシミュレーターは、左右一対の前記操縦桿が備えられ、一対の前記操縦桿の前記操縦軸は、連動装置によって繋がれている。

【0019】

本構成によれば、左右の操縦桿を連動装置によって機械的に繋いで操縦桿の回動を同期させるので、簡易な構成で複座式のフライトシミュレーターとできる。

【0020】

上記態様のフライトシミュレーターは、前記連動装置は、左側の前記操縦桿が固定される左操縦軸と右側の前記操縦桿が固定される右操縦軸の中間に共通操縦軸が配置され、前記左操縦軸と前記共通操縦軸とは左連動装置によって連動可能に構成され、前記右操縦軸と前記共通操縦軸とは右連動装置によって連動可能に構成され、前記共通操縦軸には、前記操縦軸の回転トルクを検出するトルクセンサが直列配置される。

【0021】

本構成によれば、左右の操縦桿が配置された、いわゆる複座式フライトシュミレーターであっても、トルクセンサは一つ備えられるだけでよいので、小型化及び軽量化できると共にコスト低減も可能となる。

【0022】

上記態様のフライトシミュレーターは、前記共通操縦軸の真下に前記軸線方向移動部の移動により発生する負荷を検出する負荷センサが配置される。

【0023】

本構成によれば、左右の操縦桿が配置された、いわゆる複座式フライトシュミレーターであっても、負荷センサは一つ備えられるだけでよく、かつ共通操縦軸と三次元的に配置されるので、小型化、及び軽量化できると共に、コスト低減が可能となる。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、実際の操縦負荷を模擬した反力を簡易な構成で操縦桿に与えることができる、という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本実施形態のフライトシミュレーターの全体構成図である。

【図2】本実施形態のフライトシミュレーターの反力付与機構の前方斜視図である。

【図3】本実施形態のフライトシミュレーターの反力付与機構の後方斜視図である。

【図4】本実施形態のフライトシミュレーターの反力付与機構の上面図である。

【図5】左右の操縦桿の同期機構及び移動抵抗付与機構を含まない反力付与機構の上面図である。

【図6】本実施形態のフライトシミュレーターの反力付与機構の側面図である。

【図7】本実施形態のフライトシミュレーターの反力付与機構の正面図である。

【図8】本実施形態のフライトシミュレーターの反力付与機構の背面図である。

【図9】図５のＡ－Ａ断面図である。

【図10】図５のＢ－Ｂ断面図である。

【図11】本実施形態のフライトシミュレーターの電気的構成を示す機能ブロック図である。

【図12】本実施形態の操縦桿負荷制御部における移動抵抗付与に係る制御ブロック図である。

【図13】本実施形態の操縦桿負荷制御部における回動抵抗付与に係る制御ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下に、本発明に係るフライトシミュレーターの一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0027】

図１は、本実施形態のフライトシミュレーター１０の全体構成図である。本実施形態のフライトシミュレーター１０は、一例として、セスナ機等の小型航空機の操縦を模擬するシミュレーション装置として構成され、小型航空機の操縦訓練に用いられる。

【0028】

図１に示されるように、フライトシミュレーター１０を操縦する訓練者１２は、シート１４に着座し、操縦桿１６を両手で把持し、足先を左右一対のラダーペダル１８の操作が可能な位置とする。なお、本実施形態のフライトシミュレーター１０は、一例として、左右一対の操縦桿１６及び左右一対のシート１４が備えられる。

【0029】

操縦桿１６は、前後方向に延在する軸線ＳＬ（左軸線ＳＬＬ、右軸線ＳＬＲ）に対する平行方向及び当該軸線ＳＬ回りに回動可能とされている。なお、軸線ＳＬに対する平行方向への操縦桿１６の操作をピッチ操作といい、軸線回りへの操縦桿１６の操作をロール操作という。

【0030】

訓練者１２が操縦桿１６を前方に押し込むピッチ操作を行うと、フライトシミュレーター１０は、水平尾翼の後縁部に取り付けられている昇降舵（エレベーター）が下がり、機体が降下するように模擬する。一方、訓練者１２が操縦桿１６を後方に引くピッチ操作を行うと、フライトシミュレーター１０は、昇降舵が上がり、機体が上昇するように模擬する。

【0031】

訓練者１２が操縦桿１６を左方向又は右方向へ回動させるロール操作を行うと、フライトシミュレーター１０は、操縦桿１６の回動方向に応じて左右の補助翼（エルロン）が上下動し、機体がロールするように模擬する。ラダーペダル１８の操作量に応じて方向舵（ラダー）が回動し、機体が首振り運動（ヨーイング）するように模擬する。

【0032】

また、訓練者１２がラダーペダル１８を操作すると、フライトシミュレーター１０は、ラダーペダル１８の操作量に応じて方向舵（ラダー）が回動し、機体が首振り運動（ヨーイング）するように模擬する。

【0033】

操縦桿１６の軸（以下「操縦軸」という。）１７は、詳細を後述する反力付与機構２０に接続されている。反力付与機構２０は、実際の操縦負荷を模擬した反力を操縦桿１６に与える装置である。

【0034】

操縦軸１７の軸線方向に対して略直交する平面には操作パネル２２が設けられる。操作パネル２２は、実際の航空機（以下「実機」という。）の計器やスイッチ等を模擬したパネルである。一例として、操作パネル２２には、計器を模擬した計器画像を表示する操作パネルディスプレイが備えられる。計器画像を示す値は、シミュレートの状況に応じてリアルタイムで変化する。

【0035】

また、シート１４に着座する訓練者１２の正面には、航空機のフロントウィンドウから視認される風景を模擬するウィンドウディスプレイ２４が備えられる。このウィンドウディスプレイ２４は、シミュレートの状況に応じた風景を模擬した風景画像を表示する。

【0036】

次に図２から図９を用いて、本実施形態のフライトシミュレーター１０が備える反力付与機構２０の構成について詳細に説明する。図２は、反力付与機構２０の前方斜視図である。図３は、反力付与機構２０の後方斜視図である。図４は、反力付与機構２０の上面図である。図５は、左右の操縦桿１６の同期機構及び移動抵抗付与機構を含まない反力付与機構２０の上面図である。図６は、反力付与機構２０の側面図である。図７は、反力付与機構２０の正面図である。図８は、反力付与機構２０の背面図である。また、図９は図５のＡ－Ａ断面図であり、図１０は図５のＢ－Ｂ断面図である。

【0037】

本実施形態の反力付与機構２０は、反力付与機構２０の構成機器が載置されるベース部３０、及びベース部３０に対してピッチ操作方向に直線移動可能な軸線方向移動部３２を備える。

【0038】

本実施形態の軸線方向移動部３２上には、一端部に操縦桿１６が固定された操縦軸１７（右操縦軸１７Ｒ、左操縦軸１７Ｌ）が軸線回りに回動自在に設けられる。

【0039】

さらに軸線方向移動部３２は、その中央下方にスライド部３４を備え、スライド部３４はベース部３０の上面の前後方向に配置された断面が大凡四角形であて、直線棒状のリニアガイド３６に沿って移動可能とされている。すなわち、訓練者１２が操縦桿１６をピッチ操作すると、ピッチ操作の方向（前後方向への移動）に応じて軸線方向移動部３２はリニアガイド３６に沿ってベース部３０の上面を移動することとなる。

【0040】

また、本実施形態のフライトシミュレーター１０は、上述のように左右一対の操縦桿１６（右操縦桿１６Ｒ、左操縦桿１６Ｌ。特に区別する必要がある場合を除き、操縦桿１６として説明する。）が備えられるため、ベース部３０と軸線方向移動部３２の左右には各々操縦軸１７を支持する操縦軸支持部３８，４０が設けられる。

【0041】

本実施形態の一対の操縦桿１６の操縦軸１７は、連動装置４１によって連携されている。このような構成によれば、左操縦桿１６Ｌ、及び右操縦桿１６Ｒを連動装置４１によって機械的に駆動連結し、左操縦桿１６Ｌと右操縦桿１６Ｒの回動を同期させるので、簡易な構成で複座式のフライトシミュレーター１０を構成できる。

【0042】

本実施形態の連動装置４１は、左側の左操縦桿１６Ｌが固定される左操縦軸１７Ｌと右側の右操縦桿１６Ｒが固定される右操縦軸１７Ｒの中間に共通操縦軸１７Ｃが、その軸線ＳＬＣが左軸線ＳＬＬ、右軸線ＳＬＲに対し平行になるように配置される。これにより、右操縦軸１７Ｒと左操縦軸１７Ｌとで操作感が同じとなる。また、本実施形態の共通操縦軸１７Ｃには、操縦軸１７の回転トルクを検出するトルクセンサ４２が直列配置される。

【0043】

共通操縦軸１７Ｃは、前側端部がベース部３０に固定された前側ブラケット３９に回転自在に支持され、後側先端はベース部３０に固定された後側ブラケット４０に回転自在に支持されている。

【0044】

そして、左操縦軸１７Ｌと共通操縦軸１７Ｃとは左連動装置４１Ｌによって連動可能に構成され、右操縦軸１７Ｒと共通操縦軸１７Ｃとは右連動装置４１Ｒによって連動可能に構成される。

【0045】

より具体的には左連動装置４１Ｌは、左操縦軸１７Ｌの端部に設けられる左プーリー４４Ｌと、共通操縦軸１７Ｃに設けられる左タイミングプーリー４６Ｌと、左プーリー４４Ｌ及び左タイミングプーリー４６Ｌに架けられる左タイミングベルト４８Ｌによって構成される。また、右連動装置４１Ｒは、右操縦軸１７Ｒの端部に設けられる右プーリー４４Ｒと、共通操縦軸１７Ｃに設けられる右タイミングプーリー４６Ｒと、右プーリー４４Ｒ及び右タイミングプーリー４６Ｒに架けられる右タイミングベルト４８Ｒによって構成される。なお、左右に分けて説明する必要がある場合を除いて、連動装置４１、プーリー４４、タイミングプーリー４６を用いて説明する。また、連動装置４１は、スプロケットとチェーン等によって構成される確動連動機構に変更することができる。

【0046】

このような構成において、例えば左側の左操縦桿１６Ｌを回動させると、この回動に伴い左プーリー４４Ｌが回動すると共に左タイミングベルト４８Ｌを介して左タイミングプーリー４６Ｌも回動する。このため、左タイミングプーリー４６Ｌが設けられた共通操縦軸１７Ｃが回動するので右タイミングプーリー４６Ｒも回動する。右タイミングプーリー４６Ｒが回動すると右タイミングベルト４８Ｒを介して右側の右操縦桿１６Ｒに設けられた右プーリー４４Ｒが回動するので右側の右操縦桿１６Ｒが左側の左操縦桿１６Ｌに同期して回動することになる。

【0047】

後述するように、軸線方向移動部３２は操縦軸１７の延在方向たる軸線ＳＬに沿って、平行に移動可能である。そのため、左タイミングプーリー４６Ｌ及び右タイミングプーリー４６Ｒは、共通操縦軸１７Ｃに対してその軸線方向に摺動可能、且つ一体回転可能に設けられている。具体的は、共通操縦軸１７Ｃはスプライン軸に形成され、左タイミングプーリー４６Ｌ及び右タイミングプーリー４６Ｒはスプライン孔に形成され、スプラインはめあいはめ合い構造になっている。この構成によって、操縦桿１６をロール操作しつつピッチ操作することができる。

【0048】

さらに本実施形態の反力付与機構２０は、軸線方向移動部３２の移動に対し移動抵抗を付与する第１モータ４９Ａたるサーボモータ５０Ａと、操縦軸１７の軸線回りの回動に対し回動抵抗を付与する第２モータ４９Ｂたるサーボモータ５０Ｂとを備える。サーボモータ５０Ａとサーボモータ５０Ｂの両者、又は一方を指してモータ５０ということがある。

【0049】

ここで、軸線方向移動部３２に対してサーボモータ５０Ａが移動抵抗を付与する移動抵抗付与機構２６について説明する。

【0050】

移動抵抗付与機構２６は、軸線方向移動部３２の直線移動方向に設けられた一対のプーリー５２Ａ，５２Ｂ、一対のプーリー５２Ａ，５２Ｂに架けられて回転駆動するベルト５４、及びベルト５４と軸線方向移動部３２とを結合させる結合部５６と、を備える。図１０に示されるように、結合部５６は軸線方向移動部３２の直線移動に応じて、所定のストローク範囲内で移動する。このような構成により、訓練者１２が操縦桿１６をピッチ操作すると、結合部５６を介してベルト５４が軸線方向移動部３２の移動に応じて回転駆動する。

【0051】

移動抵抗付与機構２６は上述のサーボモータ５０Ａをその構成に含む。一例として、サーボモータ５０Ａの回転軸がプーリー５２Ｂに連結され、これによりサーボモータ５０Ａはベルト５４に対して回動抵抗を付与する。

【0052】

すなわち、訓練者１２が操縦桿１６をピッチ操作した場合に、ベルト５４に対して回動抵抗を付与するようにサーボモータ５０Ａが駆動することで、ベルト５４に対して軸線方向移動部３２の移動方向とは逆向きの力が作用する。この力が、反力となり軸線方向移動部３２の移動抵抗となる。このような構成によって、操縦桿１６の軸線方向の移動に対する移動抵抗（反力）を簡易な構成で付与できる。

【0053】

なお、移動抵抗付与機構２６は、軸線方向移動部３２の移動量を検出する移動量センサ５７たる直線変位センサ５８（図４）を備える。直線変位センサ５８は、一例として、リニアガイド３６に対して平行、かつ共通操縦軸１７Ｃの下方に設けられる。そして、サーボモータ５０Ａに対する制御量（回転軸の回転角度）は、直線変位センサ５８による軸線方向移動部３２の移動量の検出結果に基づいて算出される。したがって、直線変位センサ５８は、例えば、筒状の本体と当該本体の軸線方向に直線移動可能なロッドよりなる直線ポテンショメーターであって、ロッドの先端部が軸線方向移動部３２に関連して移動される部位に固定され、本体の一部が固定状態を維持されるベース部３０に固定される。

【0054】

また、軸線方向移動部３２のスライド部３４には、操縦桿１６に対するピッチ方向の荷重、換言すると軸線方向移動部３２の移動に伴い発生する負荷を検出する負荷センサ５９たるロードセル６０が設けられる。なお、軸線方向移動部３２のスライド部３４は、軸線方向移動部３２の中央下方に設けられているので、ロードセル６０は共通操縦軸１７Ｃの真下に設けられることとなる。これにより、左右それぞれの操縦桿１６に対する操作によって、ロードセル６０が検出する数値に偏りが発生することを防止できる。

【0055】

このような構成により、左右の操縦桿１６が配置された複座式のフライトシミュレーター１０であっても、ロードセル６０は一つ備えられるだけでよく、かつ共通操縦軸１７Ｃと三次元的に配置されるので、小型化、及び軽量化できると共に、コスト低減が可能となる。

【0056】

なお、ロードセル６０による検出値は、詳細を後述するように、サーボモータ５０Ａの制御量の算出に用いられる。

【0057】

次に、操縦桿１６に対してサーボモータ５０Ｂが回動抵抗を付与する回動抵抗付与機構２８について説明する。

【0058】

回動抵抗付与機構２８は、サーボモータ５０Ｂの回転軸に設けられた第１ギヤたるギヤ６２、及び共通操縦軸１７Ｃに設けられてギヤ６２に噛み合わされる第２ギヤたるギヤ６４を備える。なお、サーボモータ５０Ｂは、共通操縦軸１７Ｃと平行となるように、サーボモータ５０Ｂの回転軸の端部が共通操縦軸１７Ｃの端部と同様に前方方向を向くように配置され、サーボモータ５０Ｂの回転軸の端部にギヤ６２が設けられ、共通操縦軸１７Ｃの端部にギヤ６４が設けられ、ギヤ６２とギヤ６４とが噛み合わされるように構成される。このような構成により、サーボモータ５０Ｂは共通操縦軸１７Ｃに対して平行に配置されることになるので、反力付与機構２０の全長が長くなることを抑制できる。

【0059】

そして、サーボモータ５０Ｂは、ギヤ６２，６４及び共通操縦軸１７Ｃを介して、回動抵抗を操縦軸１７に付与する。このような構成によれば、一対のギヤ６２，６４によってサーボモータ５０Ｂからの回動抵抗が操縦軸１７に付与されるので、操縦桿１６の回転方向に対する回動抵抗を簡易な構成で付与できる。

【0060】

また、ギヤ６４には第３ギヤたるギヤ６６が噛み合わされ、ギヤ６６は回転角センサ６８の回転軸に設けられる。この回転角センサ６８は、操縦桿１６の回動量（回転角）を検出し、検出結果は補助翼の移動量や変化量の制御に用いられる。さらに、サーボモータ５０Ｂに対する制御量（回転軸の回転角度）は、回転角センサ６８の検出結果に基づいて算出される。

【0061】

また、回動抵抗付与機構２８は、操縦軸１７の回転トルクを検出するトルクセンサ４２が備えられる。トルクセンサ４２は、一例として、共通操縦軸１７Ｃの軸線上、すなわち共通操縦軸１７Ｃに対して直列配置される。このような構成により、左右の操縦桿１６が配置された、いわゆる複座式フライトシュミレーターであっても、トルクセンサ４２は一つ備えられるだけでよいので、小型化及び軽量化できると共にコスト低減も可能となる。

【0062】

なお、トルクセンサ４２による検出値は、詳細を後述するように、サーボモータ５０Ｂの制御量の算出に用いられる。

【0063】

図１１は、本実施形態に係るフライトシミュレーター１０の電気的構成を示す機能ブロック図である。なお、図１１は、主として反力付与機構２０に関係する電気的構成を示す。

【0064】

図１１に示されるように、フライトシミュレーター１０は、情報処理装置７０を備える。情報処理装置７０は、各種センサから入力された情報に基づいて実機を模擬するシミュレーション処理や、サーボモータ５０Ａ，５０Ｂや操作パネルディスプレイ２２Ａ、ウィンドウディスプレイ２４に対する画像制御処理を行なう。なお、上記各種センサには、トルクセンサ４２、直線変位センサ５８、ロードセル６０、回転角センサ６８と共に、ラダーペダル１８の操作量を検出するペダル操作量センサ６９等が含まれる。

【0065】

情報処理装置７０は、操縦桿負荷制御部７２、シミュレート部７４、及び画像処理制御部７６を備える。

【0066】

操縦桿負荷制御部７２は、トルクセンサ４２、直線変位センサ５８、ロードセル６０、及び回転角センサ６８の検出結果に基づいて、サーボモータ５０Ａ及びサーボモータ５０Ｂに対する制御量を演算する。

【0067】

シミュレート部７４は、操縦桿１６及びラダーペダル１８に対する操作量、換言すると、直線変位センサ５８、回転角センサ６８、及びペダル操作量センサ６９の検出結果等に基づいて、航空機の操縦を模擬し、操作パネルディスプレイ２２Ａやウィンドウディスプレイ２４に表示させるための画像情報を生成する。

【0068】

なお、シミュレート部７４は、適宜、機体高度情報や機体速度情報等の航空機の操縦の模擬に要する情報を生成する。なお、機体高度情報は操縦を模擬している航空機の高度を示す情報であり、機体速度情報は当該航空機の速度を示す情報である。

【0069】

画像処理制御部７６は、シミュレート部７４で生成された画像情報を表示するように操作パネルディスプレイ２２Ａやウィンドウディスプレイ２４を制御する。

【0070】

図１２は、本実施形態の操縦桿負荷制御部７２における移動抵抗付与に係る制御ブロック図である。

【0071】

操縦桿負荷制御部７２は、反力値演算部８０Ａ、機体条件演算部８２Ａ、加算部８４Ａ、減算部８６Ａ、モータ制御部８８Ａ、及びリミッタ部９０Ａを備える。

【0072】

反力値演算部８０Ａは、直線変位センサ５８の検出結果が入力され、当該検出結果に基づく反力値（以下「直線反力値」という。）を算出する。より具体的には、反力値演算部８０Ａは、操縦桿１６の直線移動位置の中立位置からの差分に基づいて直線反力値を算出する。すなわち、直線反力値は、操縦桿１６の直線移動量に基づいて算出される反力値であり、例えば、上記差分の値に応じた直線反力値が予め設定されてもよい。

【0073】

機体条件演算部８２Ａは、機体高度情報及び機体速度情報に基づいて、機体の高度及び速度に応じて直線反力値として加えるべき負荷（以下「直線負荷値」という。）を算出する。

【0074】

加算部８４Ａは、直線反力値に直線負荷値を加算する。

【0075】

減算部８６Ａは、加算部８４Ａの出力値からロードセル６０の検出値を減算する。なお、ロードセル６０の検出値は、既に操縦桿１６に生じている負荷の値である。この負荷は、操縦桿１６に付与する反力の一部であると考えられるので、ロードセル６０の検出値を直線反力値から減算する。この減算部８６Ａから出力される値が、軸線方向移動部３２の移動に対する移動抵抗に相当する。

【0076】

モータ制御部８８Ａは、減算部８６Ａの出力値に基づいてサーボモータ５０Ａの制御量、すなわちサーボモータ５０Ａの回転角を算出する。

【0077】

リミッタ部９０Ａは、モータ制御部８８Ａから出力された制御量（回転角）が予め定められた制限値未満の場合に当該制御量をサーボモータ５０Ａへ出力する。一方、制御量が制限値以上の場合には、当該制御量の替わりに制限値が制御量としてサーボモータ５０Ａへ出力される。

【0078】

このように、本実施形態の操縦桿負荷制御部７２は、直線変位センサ５８に基づく直線反力値とロードセル６０による検出結果との差分からサーボモータ５０Ａに対する制御量を算出する。そして、サーボモータ５０Ａが制御量に基づいて回転することで、操縦桿１６の直線移動に対する反力が付与される。なお、サーボモータ５０Ａの回転角の値は、モータ制御部８８Ａへフィードバックされ、回転角が制御量に達していない場合には、回転角が制御量に達するようにモータ制御部８８Ａが制御量を出力する。

【0079】

図１３は、本実施形態の操縦桿負荷制御部７２における回動抵抗付与に係る制御ブロック図である。

【0080】

操縦桿負荷制御部７２は、反力値演算部８０Ｂ、機体条件演算部８２Ｂ、加算部８４Ｂ、減算部８６Ｂ、モータ制御部８８Ｂ、及びリミッタ部９０Ｂを備える。

【0081】

反力値演算部８０Ｂは、回転角センサ６８の検出値である操縦桿１６の回転角が入力され、回転角センサ６８による検出結果に基づく反力値（以下「回動反力値」という。）を算出する。より具体的には、反力値演算部８０Ｂは、操縦桿１６の回転角の中立位置からの差分に基づいて回動反力値を算出する。すなわち、回動反力値は、操縦桿１６の回動量に基づいて算出される反力値であり、例えば、上記差分の値に応じた回動反力値が予め設定されてもよい。

【0082】

機体条件演算部８２Ｂは、機体高度情報及び機体速度情報に基づいて、機体の高度及び速度に応じて回動反力値として加えるべき負荷（以下「回転負荷値」という。）を算出する。

【0083】

加算部８４Ｂは、回動反力値に回転負荷値を加算する。

【0084】

減算部８６Ｂは、加算部８４Ｂの出力値からトルクセンサ４２の検出値を減算する。なお、トルクセンサ４２の検出値は、既に操縦桿１６の回転方向に生じている負荷の値である。この負荷は、操縦桿１６に付与する反力の一部であると考えられるので、トルクセンサ４２の検出値を直線反力値から減算する。この減算部８６Ｂから出力される値が、操縦軸１７の軸線回りの回動に対する回動抵抗に相当する。

【0085】

モータ制御部８８Ｂは、減算部８６Ｂの出力値に基づいてサーボモータ５０Ｂの制御量、すなわちサーボモータ５０Ｂの回転角を算出する。

【0086】

リミッタ部９０Ｂは、モータ制御部８８Ｂから出力された制御量（回転角）が予め定められた制限値未満の場合に当該制御量をサーボモータ５０Ｂへ出力する。一方、制御量が制限値以上の場合には、当該制御量の替わりに制限値が制御量としてサーボモータ５０Ｂへ出力される。

【0087】

このように、本実施形態の操縦桿負荷制御部７２は、回転角センサ６８に基づく回動反力値とトルクセンサ４２による検出結果との差分からサーボモータ５０Ｂに対する制御量を算出する。そして、サーボモータ５０Ｂが制御量に基づいて回転することで、操縦桿１６の回動に対する反力が付与される。なお、サーボモータ５０Ｂの回転角の値は、モータ制御部８８Ｂへフィードバックされ、回転角が制御量に達していない場合には、回転角が制御量に達するようにモータ制御部８８Ｂが制御量を出力する。

【0088】

以上説明した本実施形態のフライトシミュレーター１０によれば、一端部に操縦桿１６が固定された操縦軸１７が設けられた軸線方向移動部３２の移動に対してサーボモータ５０Ａによって移動抵抗（移動反力）が付与され、操縦軸１７の軸線回りの回動に対してサーボモータ５０Ｂによって回動抵抗（回動反力）が付与される。これにより、本実施形態のフライトシミュレーター１０は、実際の操縦負荷を模擬した反力を簡易な構成で操縦桿１６に与えることができる。

【0089】

また、このような構成のフライトシミュレーター１０は、反力を付与するためにサーボモータ５０Ａ，５０Ｂを適用することで、従来のバネ方式とは違い、より実機に近い操縦反力の再現が可能となる。すなわち、本実施形態のフライトシミュレーター１０は、実機の飛行状態の模擬に合わせたリアルタイムでの反力変更が可能となり、ソフトウェアの変更のみで多機種へ対応可能な高い拡張性を有し、飛行訓練装置（Flight Training Device）に対応可能となる。

【0090】

以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

【0091】

例えば、上記実施形態では、回転角センサ６８によって操縦桿１６の回動量を検出する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、サーボモータ５０Ｂによって回動量を検出する形態としてもよい。

【0092】

また、上記実施形態では、操縦桿１６を左右に備える形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、操縦桿１６を一つとする形態としてもよい。この形態の場合、上記実施形態における共通操縦軸１７Ｃの端部に操縦桿１６が固定される。

【0093】

また、ラダーペダル１８に対しても反力付与機構２０を適用してもよい。この形態の場合、ラダーペダル１８の回動に対し回動抵抗を付与するモータを備え、ペダル操作量センサ６９による検出結果に基づいて当該モータに対する制御量を算出する。

【符号の説明】

【0094】

ＳＬ 軸線
１０ フライトシミュレーター
１６ 操縦桿
１６Ｌ 左操縦桿
１６Ｒ 右操縦桿
１７ 操縦軸
１７Ｌ 左操縦軸
１７Ｒ 右操縦軸
１７Ｃ 共通操縦軸
３２ 軸線方向移動部
４２ トルクセンサ
４１ 連動装置
４１Ｌ 左連動装置
４１Ｒ 右連動装置
４９Ａ 第１モータ
４９Ｂ 第２モータ
５２Ａ、５２Ｂ プーリー
５４ ベルト
５６ 結合部
５７ 移動量センサ
５９ 負荷センサ
６２ 第１ギヤ
６４ 第２ギヤ
６８ 回転角センサ
７２ 操縦桿負荷制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】