DE102015120766A1

DE102015120766A1 - Method and helicopter with means for detecting the position of a load attached to an external winch with a camera

Info

Publication number: DE102015120766A1
Application number: DE102015120766.4A
Authority: DE
Inventors: Daniel Benjamin Nonnenmacher; Hyun-Min Kim; Joachim Götz
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-01

Abstract

Zum Erfassen einer Lage einer über eine Außenwinde (10) an ein Hubschrauber (1) angehängten Last (12) mit einer Kamera (13), wobei die Außenwinde (10) an einem um eine vertikale Schwenkachse (8) gegenüber einer Hubschrauberzelle (2) des Hubschraubers (1) bis auf verschiedene Schwenkwinkel ausschwenkbaren Windenarm (9) gelagert ist, wird der aktuelle Schwenkwinkel des Windenarms (9) gegenüber der Hubschrauberzelle (2) erfasst und werden mit der an dem Windenarm (9) im Bereich der Außenwinde (10) angeordneten Kamera (13) aufgenommene Bilder abhängig von dem erfassten Schwenkwinkel in ein an der Ausrichtung der Hubschrauberzelle (2) orientiertes Bezugssystem transformiert.For detecting a position of a load (12) attached to a helicopter (1) via an external winch (10) with a camera (13), the external winch (10) being mounted on a vertical pivot axis (8) opposite a helicopter cell (2). of the helicopter (1) is mounted up to different swing angle swing-out winch arm (9), the current pivot angle of the winch arm (9) relative to the helicopter cell (2) is detected and with the on the winch arm (9) in the field of external winds (10) arranged camera (13) images transformed depending on the detected pivot angle in a reference to the orientation of the helicopter cell (2) oriented reference system.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen der Lage einer über eine Außenwinde an einen Hubschrauber angehängten Last mit einer Kamera, wobei die Außenwinde an einem um eine vertikale Schwenkachse gegenüber einer Hubschrauberzelle des Hubschraubers bis auf verschiedene Schwenkwinkel ausschwenkbaren Windenarm gelagert ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen Hubschrauber mit einer Hubschrauberzelle, einem um eine vertikale Schwenkachse gegenüber der Hubschrauberzelle bis auf verschiedene Schwenkwinkel ausschwenkbaren Windenarm, einer an dem Windenarm gelagerten Außenwinde und einer Kamera zur Lastbeobachtung.The invention relates to a method for detecting the position of an attached via an external wind helicopter to a load with a camera, wherein the external winds is mounted on a pivotable about a vertical pivot axis relative to a helicopter cell of the helicopter to different pivot angle winch arm. Furthermore, the invention relates to a helicopter with a helicopter cell, one about a vertical pivot axis with respect to the helicopter cell swung out to various pivoting angle winch, mounted on the winch arm external winds and a camera for load monitoring.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Hubschrauber zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, Lasten an entlegene Orte zu transportieren oder dort aufzunehmen, die mit konventionellen Transportmitteln nicht befördert werden können. Eine Art des Lastentransports per Hubschrauber ist dabei der Transport als Außenlast, bei dem die Last entweder mittels eines Seilgeschirrs in festen Punkten an den Hubschrauber angehängt wird oder bei dem die Last an das Lastseil einer Außenwinde des Hubschraubers angehängt wird. Da eine solche Außenwinde häufig bei der Rettung und Bergung von Personen aus der Luft eingesetzt wird, wird sie auch als Rettungswinde bezeichnet.Helicopters are characterized by the ability to transport or pick up loads to remote locations that can not be transported by conventional means of transport. One type of load transport by helicopter is the transport as an external load, in which the load is attached either by means of a harness in fixed points to the helicopter or in which the load is attached to the load cable of an external windlass of the helicopter. Since such an external wind is often used in the rescue and recovery of people from the air, it is also referred to as rescue winds.

Durch die Erweiterung des Systems Hubschrauber um das System Seilgeschirr oder Rettungswinde mit Außenlast wird die Komplexität des zu fliegenden Gesamtsystems erhöht. So wird durch die angehängte Außenlast die Systemdynamik verändert, und insbesondere werden die Flugeigenschaften des Hubschraubers verschlechtert. Darüber hinaus werden die Aufgaben des Piloten bei der Hubschraubersteuerung um die Aufgabe der Kontrolle der Außenlast erweitert. Beide Aspekte bedeuten eine Erhöhung der Belastung des Piloten, was zu einer Verringerung der Flugsicherheit führt. The addition of the system helicopter to the system cable harness or rescue winch with external load increases the complexity of the overall system to be flown. Thus, the attached external load changes the system dynamics, and in particular, the flight characteristics of the helicopter are degraded. In addition, the tasks of the pilot in the helicopter control are extended to the task of controlling the external load. Both aspects mean an increase in the burden on the pilot, which leads to a reduction in flight safety.

Beim Transport von Außenlasten besteht die Gefahr unkontrollierter, niederfrequenter Pendelbewegungen infolge aerodynamischer Störungen und/oder von Steuereingaben des Piloten. Insbesondere im Transport von Außenlasten unerfahrene Piloten können durch ihre intuitiven Steuereingaben die Pendelbewegung der Last weiter anfachen anstatt diese abzudämpfen. Im Extremfall berührt die pendelnde Last den Haupt- oder Heckrotor des Hubschraubers und wird so zur Absturzursache. Um Hubschrauberaußenlasten automatisch zu stabilisieren, wurden verschiedene Verfahren entwickelt, bei denen zunächst mit Hilfe einer geeigneten Sensorik die Außenlastbewegung erfasst wird. Bei einigen dieser Verfahren erfolgt die Erfassung der Bewegung der Last mittels einer Kamera. Aus der Position der Last im Bild der Kamera lässt sich bei Kenntnis der Seillänge der Pendelwinkel ermitteln. Aus der Änderung des Pendelwinkels lassen sich die Pendelraten berechnen. Diese Größen werden für die automatische Außenlaststabilisierung in Bezug auf ein Koordinatensystem benötigt, das in Richtung des Hubschraubers ausgerichtet ist, d. h. die Pendelwinkel und Pendelraten müssen in Längs- und Querrichtung des Hubschraubers bekannt sein. When transporting external loads there is the risk of uncontrolled, low-frequency oscillations due to aerodynamic disturbances and / or pilot control inputs. Pilots who are inexperienced in the transport of external loads, in particular, can use their intuitive control inputs to increase the pendulum motion of the load instead of dampening it. In extreme cases, the pendulum load touches the main or tail rotor of the helicopter and is thus the cause of the crash. In order to automatically stabilize helicopter external loads, various methods have been developed in which the external load movement is first detected by means of suitable sensors. In some of these methods, the movement of the load is detected by a camera. From the position of the load in the image of the camera, the pendulum angle can be determined with knowledge of the rope length. From the change of the pendulum angle the pendulum rates can be calculated. These sizes are needed for automatic external load stabilization with respect to a coordinate system oriented toward the helicopter, i. H. the pendulum angles and pendulum rates must be known in the longitudinal and transverse directions of the helicopter.

Aus der DE 10 2007 047 615 A1 ist eine Vorrichtung zur visuellen Unterstützung von Winden- und Lasthakenoperationen eines Hubschraubers bekannt. Diese Vorrichtung umfasst mindestens eine außen an einer Hubschrauberzelle angeordnete, auf einen Lasthaken ausgerichtete Kamera sowie ein mit der Kamera in Wirkverbindung stehendes, im Cockpit des Hubschraubers angeordnetes Anzeigesystem. Die Kamera ist dabei insbesondere im vorderen oder hinteren Bereich der Hubschrauberzelle in einem Bereich angeordnet, der möglichst weit von der Winde bzw. dem Lasthaken entfernt ist. Eine zweite mit dem Anzeigesystem der Steuer- und Regeleinheit in Wirkverbindung stehende Kamera ist nahe an dem Lasthaken bzw. der Winde angebracht, um eine genaue Positionierung über der Last bzw. dem Absetzpunkt zu erfassen.From the DE 10 2007 047 615 A1 For example, a device for visually assisting winch and load hook operations of a helicopter is known. This device comprises at least one camera arranged on the outside of a helicopter cell and aligned with a load hook, and a display system operatively connected to the camera and arranged in the cockpit of the helicopter. The camera is arranged in particular in the front or rear of the helicopter cell in an area that is as far away from the winch or the load hook. A second camera operatively connected to the display system of the control unit is mounted close to the load hook or winch to detect accurate positioning over the load or settling point.

Aus der DE 20 2010 002 309 U1 ist eine Reglereinrichtung für Helikopter bekannt, die eine vom Helikopter in Richtung Erdboden an mindestens einem Tragseil hängende Außenlast stabilisiert. Die Reglereinrichtung ist zur Erzeugung von auf Steuersignale zur Flugsteuerung des Helikopters aufprägbare Regelsignale eingerichtet und umfasst mindestens eine Lastpendelerfassungseinheit zur Erfassung der Pendelbewegung der Außenlast in lateraler und longitudinaler Richtung bezogen auf die Längsachse des Helikopters. Die Reglereinrichtung ist zur Umrechnung der erfassten Größen für die Pendelbewegung auf das geodätische Koordinatensystem und zur Generierung der Regelsignale in Abhängigkeit von den auf das geodätische Koordinatensystem umgerechneten Größen für die Pendelbewegung und in Abhängigkeit von der Masse der Außenlast und der Tragseillänge als Parameter für den Regler eingerichtet. Die Lastpendelerfassungseinheit umfasst mindestens eine an der Unterseite des Helikopters anbaubare Bilderfassungseinheit zur Aufnahme von Bildern oder Bildfolgen mit der pendelnden Außenlast und eine zur Ermittlung der Pendelbewegung der Außenlast aus den aufgenommenen Bildern eingerichtete Bildauswerteeinheit. Konkret handelt es sich bei der Bilderfassungseinheit um eine Kamera. From the DE 20 2010 002 309 U1 a helicopter control device is known which stabilizes an external load suspended from the helicopter towards the ground on at least one suspension cable. The regulator device is set up to generate control signals which can be impressed on control signals for flight control of the helicopter and comprises at least one load pendulum detection unit for detecting the pendulum movement of the external load in the lateral and longitudinal direction with respect to the longitudinal axis of the helicopter. The regulator device is configured to convert the detected variables for the pendulum motion to the geodetic coordinate system and for generating the control signals as a function of the variables converted to the geodetic coordinate system for the pendulum motion and as a function of the mass of the external load and the suspension cable length as parameters for the controller , The load-sway detection unit comprises at least one image acquisition unit that can be attached to the underside of the helicopter for taking pictures or image sequences with the oscillating external load and an image evaluation unit set up to determine the pendulum motion of the external load from the recorded images. Specifically, the image capture unit is a camera.

Aus der US 6,334,590 B1 ist ein Hubschrauber mit einer Außenwinde an einem ausschwenkbaren Windenarm bekannt. From the US 6,334,590 B1 is a helicopter with an outside winch on a swinging winch known.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Hubschrauber mit Einrichtungen zum Erfassen der Lage einer über eine Außenwinde an den Hubschrauber angehängten Last mit einer Kamera aufzuzeigen. Die Außenwinde ist dabei an einem um eine vertikale Schwenkachse gegenüber der Hubschrauberzelle bis auf verschiedene Schwenkwinkel ausschwenkbaren Windenarm gelagert. Am ausschwenkbaren Windenarm ist eine Kamera zur Lastbeobachtung angebracht. Zweck der Erfindung ist es, die Lageänderung der Kamera gegenüber dem Hubschrauber, zu erfassen und die Bilddaten, sowie die daraus gewonnenen Informationen über die Lastbewegung, so aufzubereiten, dass die Lage der Last in möglichst einfach zu berücksichtigender Weise dem Piloten oder einem automatischen Außenlaststabilisierungssystem dargestellt werden kann.The invention has for its object to provide a method and a helicopter with means for detecting the position of an attached via an external winds to the helicopter load with a camera. The external wind is mounted on a swing arm pivotable about a vertical pivot axis relative to the helicopter cell up to various pivoting angles. The swiveling winch arm has a camera for load monitoring. The purpose of the invention is to detect the change in position of the camera relative to the helicopter, and to process the image data and the information obtained therefrom on the load movement, so that the position of the load in the simplest possible way the pilot or an automatic external load stabilization system can be.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und einen Hubschrauber mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Hubschraubers sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert. The object of the invention is achieved by a method having the features of independent claim 1 and a helicopter having the features of independent claim 8. Preferred embodiment of the method and the helicopter according to the invention are defined in the dependent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen der Lage einer über eine Außenwinde an einen Hubschrauber angehängten Last mit einer Kamera, wobei die Außenwinde an einem um ein vertikale Schwenkachse gegenüber einer Hubschrauberzelle des Hubschraubers bis auf verschiedene Schwenkwinkel ausschwenkbaren Windenarm gelagert ist, wird der aktuelle Schwenkwinkel des Windenarms gegenüber der Hubschrauberzelle erfasst und werden mit der an dem Windenarm im Bereich der Außenwinde angeordneten Kamera aufgenommene Bilder abhängig von dem erfassten Schwenkwinkel in ein an der Ausrichtung der Hubschrauberzelle orientiertes Bezugssystem transformiert.In a method according to the invention for detecting the position of a load attached to a helicopter via an external winch with a camera, wherein the external winch is mounted on a winch arm swingable up to a helicopter cell of the helicopter up to a different swing angle, the current swing angle of the winch arm becomes detected relative to the helicopter cell and are transformed with the arranged on the winch arm in the field of external wind camera images depending on the detected pivot angle in a oriented to the orientation of the helicopter cell reference system.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lage der Last von der Kamera an der Außenwinde mit Blickrichtung von der Außenwinde nach unten erfasst, das heißt mit einer Blickrichtung, in der ein Pendelwinkel der Last besonders einfach aus den mit der Kamera aufgenommenen Bildern bestimmbar ist. Die Anordnung der Kamera an dem Windenarm führt dazu, dass die Kamera zwar in jedem Fall von der Außenbinde aus auf die Last blickt, aber mit einer sich mit dem Schwenkwinkel des Windenarms ändernden Orientierung gegenüber der Hubschrauberzelle. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese variierende Orientierung der Kamera gegenüber der Hubschrauberzelle kompensiert, indem die mit der Kamera aufgenommenen Bilder zum Ausgleich der verschiedenen Orientierungen der Kamera in das an der Ausrichtung der Hubschrauberzelle orientierte Bezugssystem transformiert werden.In the method according to the invention, the position of the load is detected by the camera on the outside winds looking from the outside winds down, that is with a viewing direction in which a pendulum angle of the load is particularly easy to determine from the images taken with the camera. The arrangement of the camera on the winch arm leads to the fact that the camera looks in each case from the outer bandage on the load, but with a changing with the pivoting angle of the winch arm orientation relative to the helicopter cell. In the method according to the invention, this varying orientation of the camera relative to the helicopter cell is compensated for by transforming the images taken with the camera into the reference system oriented on the orientation of the helicopter cell in order to compensate the different orientations of the camera.

Insbesondere wird beim Transformieren eine sich mit dem Schwenkwinkel des Windenarms ändernde Schwenkstellung der Kamera gegenüber der Hubschrauberzelle kompensiert. Nach der Kompensation ist den transformierten Bildern der Kamera direkt zu entnehmen, inwieweit ein Pendelwinkel der Last in Längs- oder Querrichtung des Hubschraubers orientiert ist. Dies ist sowohl für den Piloten als auch die Funktion eines automatischen Außenlaststabilisierungssystems wichtig.In particular, during the transformation, a pivoting position of the camera relative to the helicopter cell which changes with the swivel angle of the winch arm is compensated. After compensation, the transformed images of the camera can be directly inferred to what extent a pendulum angle of the load in the longitudinal or transverse direction of the helicopter is oriented. This is important for both the pilot and the function of an automatic external load stabilization system.

Zusätzlich können die mit der Kamera aufgenommenen Bilder in ein gegenüber dem Hubschrauber festes Bezugssystem transformiert werden. Dies bedeutet, dass beim Transformieren auch eine sich mit dem Schwenkwinkel ändernde Ortslage der Kamera gegenüber der Hubschrauberzelle kompensiert wird. So ändert sich mit dem Schwenkwinkel ein Abstand der Kamera zur vertikalen Längsmittelebene und zu jeder festen vertikalen Querebene der Hubschrauberzelle. Wenn diese Änderungen beim Transformieren der Bilder der Kamera ausgeglichen werden, kann der Pilot des Hubschraubers den Bildern beispielsweise die Relativlage der Last zu Fixpunkten des Hubschraubers entnehmen, ohne dass diese Fixpunkte in den transformierten Bildern der Kamera enthalten sein müssen.In addition, the images taken with the camera can be transformed into a solid reference frame relative to the helicopter. This means that when transforming also a changing with the pivot angle location of the camera is compensated relative to the helicopter cell. Thus, with the swivel angle, a distance of the camera to the vertical longitudinal center plane and to each fixed vertical transverse plane of the helicopter cell changes. If these changes are compensated when transforming the images of the camera, the pilot of the helicopter can take the images, for example, the relative position of the load to fixed points of the helicopter, without these fixed points must be included in the transformed images of the camera.

Bei dem erfindungsgemäßem Verfahren können die transformierten Bilder der Kamera einem Piloten des Hubschraubers angezeigt werden, beispielweise über einen Monitor oder ein Head up-Display. In the method according to the invention, the transformed images of the camera can be displayed to a pilot of the helicopter, for example via a monitor or a head-up display.

Bei der Anzeige der transformierten Bilder der Kamera für den Piloten kann das Bezugssystem, in das die Bilder transformiert wurden, angezeigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Lage oder optische Achse angezeigt werden, in bzw. auf der sich die Last genau unter der Außenwinde befindet. Dies kann eine gegenüber der Kamera fest definierte Lage sein. Diese Lage entspricht aber nur bei einem bestimmtem Nick- und Rollwinkel der Hubschrauberzelle einer Anordnung der Last senkrecht unter der Außenwinde. Die Lage senkrecht unter der Außenwinde kann aber auch abhängig vom aktuellen Nick- und Rollwinkel der Hubschrauberzelle ermittelt und angezeigt werden. Weiterhin kann in den transformierten Bildern eine durch die Hubschrauberzelle vorgegebene weitere Achse als Bezug für die aktuelle Lage der Last angezeigt werden.When viewing the transformed images of the camera for the pilot, the reference system into which the images have been transformed can be displayed. Alternatively or additionally, a location or optical axis may be displayed in which the load is just below the outside wind. This can be a fixed position relative to the camera. However, this situation corresponds only at a certain pitch and roll angle of the helicopter cell an arrangement of the load vertically under the external winds. The position vertically under the external winds can also be determined and displayed depending on the current pitch and roll angle of the helicopter cell. Furthermore, a further axis predetermined by the helicopter cell can be displayed as a reference for the current position of the load in the transformed images.

Alternativ oder zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine automatisch in die Steuerung des Hubschraubers eingreifende Außenlaststabilisierung basierend auf den transformierten Bildern der Kamera durchgeführt werden, wobei die Lage der an der Außenwinde hängenden Last aus den transformierten Bildern der Kamera erfasst wird. Zur genauen Bestimmung der Lage und des Pendelwinkels der Last gegenüber der Hubschrauberzelle kann dabei eine Länge eines Lastseils der Außenwinde bis zu der Last erfasst und berücksichtigt werden. Das Erfassen der Länge des Lastseils der Außenwinde bis zu der Last kann an der Außenwinde erfolgen, indem erfasst wird, über wie viele Umdrehungen das Lastseil von der Außenwinde abgelassen wurde. Es kann aber auch eine direkte Messung der Länge des Lastseils beispielweise auf der Basis von Signallaufzeiten zwischen der Außenwinde an dem lastseitigen Ende des Lastseils erfolgen.Alternatively or additionally, in the method according to the invention, an external load stabilization automatically engaging in the control of the helicopter can be carried out based on the transformed images of the camera, wherein the position of the load hanging on the outside wind is detected from the transformed images of the camera. For a precise determination of the position and the pendulum angle of the load relative to the helicopter cell, a length of a load rope of the external winds up to the load can be detected and taken into account. The length of the external rope load rope up to the load can be measured on the external winch by detecting how many turns the load rope has been released from the outside winch. But it can also be done a direct measurement of the length of the load rope, for example on the basis of signal transit times between the external winds at the load-side end of the load rope.

Bei einem erfindungsgemäßen Hubschrauber mit einer Hubschrauberzelle, einem um eine vertikale Schwenkachse gegenüber der Hubschrauberzelle bis auf verschiedene Schwenkwinkel ausschwenkbaren Windenarm, einer an dem Windenarm gelagerten Außenwinde und einer Kamera zur Lastbeobachtung sind eine Einrichtung, die den aktuellen Schwenkwinkel des Windenarms gegenüber der Hubschrauberzelle erfasst, und eine Bildverarbeitungseinrichtung vorgesehen, die mit der Kamera aufgenommene Bilder in ein an der Ausrichtung der Hubschrauberzelle orientiertes Bezugssystem transformiert. Dabei ist die Kamera an dem Windenarm im Bereich der Außenwinde, das heißt möglichst direkt über der Last gelagert, und das Transformieren der Bilder erfolgt abhängig von dem erfassten aktuellen Schwenkwinkel des Windenarms.In a helicopter according to the invention with a helicopter cell, a swing arm pivotable about a vertical pivot axis relative to the helicopter cell to various pivoting angle, mounted on the winch arm external winds and a camera for load monitoring are a device that detects the current tilt angle of the winch arm relative to the helicopter cell, and an image processing device is provided, which transforms images taken with the camera into a reference system oriented on the orientation of the helicopter cell. In this case, the camera is mounted on the winch arm in the area of the external winds, that is as directly as possible above the load, and the transformation of the images is dependent on the detected current pivot angle of the winch arm.

Beim Transformieren der Bilder kompensiert die Bilderverarbeitungseinrichtung insbesondere eine sich mit dem Schwenkwinkel ändernde Schwenkstellung der Kamera gegenüber der Hubschrauberzelle. Sie kann die mit der Kamera aufgenommenen Bilder aber nicht nur in ein an der Ausrichtung der Hubschrauberzelle orientiertes Bezugssystem, also ein Bezugssystem mit parallel zur Längsrichtung und Querrichtung der Hubschrauberzelle verlaufender Längs- und Querachse, sondern auch in ein gegenüber der Hubschrauberzelle festes Bezugssystem transformieren, das gegenüber der Hubschrauberzelle auch nicht parallel verschoben ist. Dazu kompensiert die Bildverarbeitungseinrichtung dann auch eine sich mit dem Schwenkwinkel ändernde Ortslage der Kamera gegenüber der Hubschrauberzelle.When transforming the images, the image processing device compensates, in particular, for a pivoting position of the camera relative to the helicopter cell that changes with the swivel angle. However, it can transform the images taken with the camera not only into a reference system oriented on the orientation of the helicopter cell, ie a reference system with longitudinal and transverse axes extending parallel to the longitudinal direction and transverse direction of the helicopter cell, but also into a fixed reference system relative to the helicopter cell also not moved parallel to the helicopter cell. For this purpose, the image processing device then also compensates for a spatial position of the camera relative to the helicopter cell which changes with the swivel angle.

Der erfindungsgemäße Hubschrauber kann eine Anzeigeeinrichtung für die transformierten Bilder der Kamera aufweisen. Dabei kann von der Anzeigeeinrichtung auch das Bezugssystem, in das die Bilder transformiert wurden, und/oder eine Richtung, die einer senkrecht unter der Außenwinde befindlichen Last entspricht, angezeigt werden.The helicopter according to the invention can have a display device for the transformed images of the camera. In this case, the display device can also display the reference system into which the images have been transformed and / or a direction that corresponds to a load located vertically under the external wind.

Insbesondere kann der erfindungsgemäße Hubschrauber ein automatisches Außenlaststabilisierungssystem aufweisen, wie es grundsätzlich bekannt ist. Erfindungsgemäß erfasst das Außenlaststabilisierungssystem die Lage einer an die Außenwinde angehängten Last gegenüber der Hubschrauberzelle aus den transformierten Bildern der Kamera. Zur vollständigen Erfassung der Lage der Last gegenüber der Hubschrauberzelle kann der erfindungsgemäße Hubschrauber eine Einrichtung aufweisen, die eine Länge eines Lastseils der Außenwinde der Last erfasst. Diese Länge des Lastseils kann das Außenlaststabilisierungssystem beim Erfassen der Lage der Last gegenüber der Hubschrauberzelle berücksichtigen. Die Länge des Lastseils kann, wie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angesprochen wurde, über die Umdrehungen der Lastwinde zum Ablassen des Lastseils oder durch eine direkte Messung, beispielsweise auf der Basis von Signallaufzeiten, erfasst werden.In particular, the helicopter according to the invention can have an automatic external load stabilization system, as is basically known. According to the invention, the external load stabilization system detects the position of a load attached to the external winds relative to the helicopter cell from the transformed images of the camera. For complete detection of the position of the load relative to the helicopter cell, the helicopter according to the invention may comprise a device which detects a length of a load rope of the external winds of the load. This length of the load rope may take into account the external load stabilization system in detecting the position of the load relative to the helicopter cell. The length of the load rope can, as already mentioned in connection with the method according to the invention, via the revolutions of the load winch for discharging the load rope or by a direct measurement, for example on the basis of signal propagation times are detected.

Der Schwenkwinkel des Windenarms ist bei dem erfindungsgemäßen Hubschrauber vorzugsweise mit Hilfe eines Stellmotors einstellbar. Dieser Stellmotor kann an dem Windenarm über ein selbstblockierendes Getriebe angreifen, wie beispielsweise ein Schneckengetriebe. Wenn der Stellmotor auf bestimmte Schwenkwinkel des Windenarms hin ansteuerbar ist, kann er bei dem erfindungsgemäßen Hubschrauber zugleich als Einrichtung zum Erfassen des aktuellen Schwenkwinkels des Windenarms genutzt werden. Ein zusätzlicher Winkelmesser oder dergleichen muss daher in diesem Fall nicht vorgesehen werden. Werden jedoch Antriebseinheiten zum Verstellen des Schwenkwinkels benutzt, die keine aktive Rückmeldung des eingestellten Schwenkwinkels ermöglichen, wird ein Winkelmesser oder -sensor zur Erfassung der Schwenkwinkels benötigt. Eine mögliche Ausführungsform eines solchen Winkelmessers ist ein Potentiometer, das abhängig von dem Schwenkwinkel eine Spannung ändert. Eine weitere mögliche Ausführungsform ist ein Inkrementalgeber.The swivel angle of the winch arm is preferably adjustable in the helicopter according to the invention by means of a servomotor. This servomotor can engage the winch arm via a self-locking gear, such as a worm gear. If the servomotor can be controlled to specific angles of rotation of the winch arm, it can at the same time in the helicopter according to the invention as Device for detecting the current swing angle of the winch arm can be used. An additional protractor or the like must therefore not be provided in this case. However, if drive units are used to adjust the swivel angle, which do not allow active feedback of the set swivel angle, a goniometer or sensor is needed to detect the swivel angle. One possible embodiment of such an angle meter is a potentiometer which changes a voltage depending on the tilt angle. Another possible embodiment is an incremental encoder.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without thereby altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, further features can be found in the drawings, in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components and their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". For example, when talking about an element, it should be understood that there is exactly one element, two elements or more elements. These features may be supplemented by other features or be the only characteristics that make up the product in question.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen. The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Hubschrauber in einer schematischen Seitenansicht mit einer an seine Außenwinde angehängten Last. 1 shows a helicopter according to the invention in a schematic side view with an attached to its external winds load.

2 ist eine schematische Darstellung des Hubschraubers gemäß 1 in einer Ansicht von oben. 2 is a schematic representation of the helicopter according to 1 in a view from above.

3 illustriert die Transformation von Bildern einer an der Außenwinde des Hubschraubers gemäß den 1 und 2 angeordneten Kamera. 3 illustrates the transformation of images of one at the helicopter's external wind according to the 1 and 2 arranged camera.

4 ist ein Blockdiagramm zu dem erfindungsgemäßen Verfahren. 4 is a block diagram of the inventive method.

5 zeigt ein erfindungsgemäß transformiertes Bild der Kamera des erfindungsgemäßen Hubschraubers. 5 shows an inventively transformed image of the camera of the helicopter according to the invention.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

Der in 1 schematisch dargestellte Hubschrauber 1 weist eine Hubschrauberzelle 2 auf. An der Hubschrauberzelle 2 ist ein Hauptrotor 3 des Hubschraubers um eine Hauptrotorachse 4 drehangetrieben gelagert. Weiterhin steht von der Hubschrauberzelle 2 ein Heckausleger 5 ab, an dem ein Heckrotor 6 um eine horizontale Heckrotorachse 7 drehabgetrieben gelagert ist. Um eine etwa vertikale Schwenkachse 8 ist ein Windenarm 9, der eine Außenwinde 10 trägt, schwenkbar an der Hubschrauberzelle 2 gelagert. An die Außenwinde 10 ist über ein Lastseil 11 eine Last 12 angehängt. Die Länge des Lastseils 11 zwischen der Außenwinde 10 und der Last 12 ist durch einen hier nicht dargestellten Drehantrieb der Außenwinde 10 veränderbar, mit dem das Lastseil 11 von einer Seiltrommel abwickelbar bzw. auf die Seiltrommel aufwickelbar ist. Im Bereich der Außenwinde 10 ist eine Kamera 13 zur Beobachtung der Last 12 vorgesehen. Die Kamera 13 blickt parallel zur der Schwenkachse 8 von oben auf die Last 12. Durch Verschwenken des Windenarms 9 kann eine mit der Lastwinde 10 angehobene Last vor eine Türöffnung 14 einer Tür 15 des Hubschraubers verschwenkt werden. Damit können zum Beispiel mit Hilfe der Lastwinde 10 geborgene Personen leichter in die Hubschrauberzelle 2 hineingebracht werden. Das Verschwenken des Windenarms 9 kann dabei mit einem hier nicht dargestellten Stellmotor erfolgen. In jedem Fall ist eine Einrichtung zum Erfassen des aktuellen Schwenkwinkels des Windenarms 9 vorgesehen, hier ein separater Winkelmesser 16.The in 1 schematically illustrated helicopter 1 has a helicopter cell 2 on. At the helicopter cell 2 is a main rotor 3 of the helicopter around a main rotor axis 4 rotatably mounted. Still standing by the helicopter cell 2 a tail boom 5 from where a tail rotor 6 around a horizontal tail rotor axis 7 is mounted rotationally driven. Around an approximately vertical pivot axis 8th is a winch arm 9 who is an outside wind 10 carries, pivots on the helicopter cell 2 stored. To the outside winds 10 is over a load rope 11 a burden 12 attached. The length of the load rope 11 between the outside winds 10 and the load 12 is by a rotary drive, not shown here, the external winds 10 changeable, with the load rope 11 from a cable drum unwindable or can be wound on the cable drum. In the field of external winds 10 is a camera 13 to observe the load 12 intended. The camera 13 looks parallel to the pivot axis 8th from above on the load 12 , By pivoting the winch arm 9 can one with the load winch 10 lifted load in front of a door opening 14 a door 15 the helicopter are pivoted. This can be done, for example, with the help of the load winch 10 Salvaged people easier in the helicopter cell 2 be brought in. The pivoting of the winch arm 9 can be done with a servomotor, not shown here. In any case, means for detecting the current swing angle of the winch arm 9 provided here a separate protractor 16 ,

2 zeigt die geometrischen Verhältnisse, wenn der Windenarm 9 gegenüber einer Längsrichtung x_H des Hubschraubers unter einem von 90° abweichenden Winkel α ausgerichtet ist. Dann ist eine Längsrichtung x_C der Kamera unter dem Winkel 90° – α zu der Längsrichtung x_H des Hubschraubers ausgerichtet, und eine Querrichtung y_C der Kamera verläuft unter dem Winkel α zu der Längsrichtung x_H des Hubschraubers und unter dem Winkel 90° – α zu der Querrichtung y_H des Hubschraubers. Die z-Richtung z_H des Hubschraubers und die z-Richtungen z_C der Kamera verlaufen parallel zueinander. 2 shows the geometric relationships when the winch arm 9 is aligned with respect to a longitudinal direction x_H of the helicopter at an angle α deviating from 90 °. Then, a longitudinal direction x_C of the camera is oriented at the angle 90 ° -α to the longitudinal direction x_H of the helicopter, and a transverse direction y_C of the camera extends at the angle α to the longitudinal direction x_H of the helicopter and at an angle 90 ° -α to the transverse direction y_H of the helicopter. The z direction z_H of the helicopter and the z directions z_C of the camera are parallel to each other.

Um die mit der Kamera aufgenommenen Bilder in ein an der Hubschrauberzelle orientiertes Bezugssystem zu transformieren, müssen diese um 90° – α gedreht werden, wie dies in 3 skizziert ist. Die entsprechende Koordinatentransformation lautet in Matrixform:

In order to transform the images taken with the camera into a reference frame oriented to the helicopter cell, they have to be rotated by 90 ° -α, as shown in FIG 3 outlined. The corresponding coordinate transformation is in matrix form:

Nach dieser Transformation wird eine in der Querrichtung y_H oder der Längsrichtung x_H hängende Last 12 in den transformierten Bildern der Kamera 13 als in Quer- bzw. Längsrichtung pendelnd dargestellt.After this transformation, a load hanging in the transverse direction y_H or the longitudinal direction x_H becomes 12 in the transformed pictures of the camera 13 Shown as oscillating in transverse or longitudinal direction.

4 illustriert, wie neben den Bildern der Kamera 13 der mit dem Winkelmesser 16 erfasste Schwenkwinkel α des die Außenwinde 10 tragenden Windenarms an eine Bildverarbeitungseinrichtung 17 überführt wird, die die Transformation gemäß Gleichung 1 durchführt. Die transformierten Bilder werden einem automatischen Laststabilisierungssystem 18 und/oder einer Anzeigevorrichtung 19 für den Piloten zugeführt. 4 illustrated, as well as the pictures of the camera 13 the one with the protractor 16 detected swing angle α of the external winds 10 carrying winch arm to an image processing device 17 is converted, which performs the transformation according to equation 1. The transformed images become an automatic load stabilization system 18 and / or a display device 19 fed to the pilot.

5 illustriert ein auf der Anzeigeeinrichtung 19 dem Piloten des Hubschraubers 1 angezeigtes transformiertes Bild 20 der Kamera 13. Hierin ist die Last 12 gegenüber einer optischen Achse 21 dargestellt. Die optische Achse 21 kann die z- oder Blickrichtung z_C der Kamera 13 sein oder die tatsächliche Vertikale von der Kamera 13 zum Boden anzeigen. Daneben ist eine Achse 22 dargestellt, bei der es sich um die vertikale Hubschrauberachse z_H oder das Erdlot handeln kann. Durch einen Blick auf das Bild 20 kann der Pilot des Hubschraubers 1 die relative Lage der Last 12 und insbesondere ihre Bewegungen gegenüber der optischen Achse 21 erfassen. Das Laststabilisierungssystem 18 berücksichtigt darüber hinaus die aktuelle Länge des Lastseils 11, die es direkt von der Außenwinde erhalten kann, um den aktuellen Pendelwinkel der Last 12 zu ermitteln. Daraus sind die Pendelraten der Last 12 bestimmbar, um zur Bedämpfen dieser Pendelraten zielgerichtet in die Steuerung des Hubschraubers 1 einzugreifen. 5 illustrates one on the display 19 the pilot of the helicopter 1 displayed transformed image 20 the camera 13 , This is the burden 12 opposite to an optical axis 21 shown. The optical axis 21 can z- or gaze z_C the camera 13 his or her actual vertical from the camera 13 to the ground. Next to it is an axis 22 which may be the vertical helicopter axis z_H or the earth slot. By looking at the picture 20 can the pilot of the helicopter 1 the relative position of the load 12 and especially their movements relative to the optical axis 21 to capture. The load stabilization system 18 takes into account the current length of the load rope 11 It can get it directly from the outside wind, around the current pendulum angle of the load 12 to investigate. This is the pendulum rates of the load 12 determinable in order to dampen these commuting rates purposefully in the control of the helicopter 1 intervene.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Hubschrauber helicopter
22: Hubschrauberzelle helicopter cabin
33: Hauptrotor main rotor
44: Hauptrotorachse Main rotor axis
55: Heckausleger Heckausleger
66: Heckrotor tail rotor
77: Heckrotorachse Tail rotor axis
88th: Schwenkachse swivel axis
99: Windenarm winch
1010: Außenwinde outside winds
1111: Lastseil Last rope
1212: Last load
1313: Kamera camera
1414: Türöffnung doorway
1515: Tür door
16 16: Winkelmesser protractor
1717: Bildverarbeitungseinrichtung Image processing means
1818: Außenlaststabilisierungssystem External load stabilization system
1919: Anzeigeeinrichtung display
2020: Bild image
2121: optische Achse optical axis
2222: Achse axis
αα: Schwenkwinkel swivel angle
x_Hx_H: Längsrichtung Hubschrauber Longitudinal helicopter
y_Hy_H: Querrichtung Hubschrauber Transverse helicopter
z_Hz_H: z-Richtung Hubschrauber z direction helicopter
x_CX_c: Längsrichtung Kamera Longitudinal camera
y_CY_c: Querrichtung Kamera Transverse Camera
z_Cz_C: z-Richtung Kamera z direction camera

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007047615 A1 [0005]
DE 202010002309 U1 [0006]
US 6334590 B1 [0007]

Claims

Method for detecting the position of an over an external wind ( 10 ) to a helicopter ( 1 ) attached load ( 12 ) with a camera ( 13 ), whereby the external winds ( 10 ) at one about a vertical pivot axis ( 8th ) opposite a helicopter cell ( 2 ) of the helicopter ( 1 ) except for different swivel angle (α) swing-out winch arm ( 9 ), characterized in that - the current swivel angle (α) of the winch arm ( 9 ) opposite the helicopter cell ( 2 ) is detected and - with the on the winch arm ( 9 ) in the field of external winds ( 10 ) arranged camera ( 13 ) recorded images depending on the detected pivot angle (α) in a at the orientation of the helicopter cell ( 2 ) oriented reference system are transformed.

Method according to Claim 1, characterized in that, during the transformation, a pivoting position of the camera changing with the swivel angle (α) ( 13 ) Compared to the helicopter cell is compensated.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the with the camera ( 13 ) in one opposite the helicopter cell ( 2 ) fixed reference system.

Method according to Claim 3, characterized in that, during the transformation, a spatial position of the camera changing with the swivel angle (α) ( 13 ) opposite the helicopter cell ( 2 ) is compensated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the transformed images ( 20 ) the camera ( 13 ) a pilot of the helicopter ( 1 ) are displayed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an automatic in the control of the helicopter ( 1 ) engaging external load stabilization based on the transformed images ( 20 ) the camera ( 13 ), whereby the position of the to the external winds ( 10 ) attached load ( 12 ) from the transformed images ( 20 ) the camera ( 13 ) is detected.

A method according to claim 6, characterized in that a length of a load rope ( 11 ) of the external winds ( 10 ) up to the load ( 12 ) and when detecting the position of the load ( 12 ) opposite the helicopter cell ( 2 ) is taken into account.

Helicopter ( 1 ) with - a helicopter cell ( 2 ), - one about a vertical pivot axis ( 8th ) opposite the helicopter cell ( 2 ) except for different swivel angle (α) swing-out winch arm ( 9 ), - one on the winch arm ( 9 ) mounted external winds ( 10 ) and - a camera ( 13 ) for load observation, characterized by - a device which determines the current swivel angle (α) of the winch arm ( 9 ) opposite the helicopter cell ( 2 ), and - an image processing device ( 17 ), which are connected to the winch arm ( 9 ) in the field of external winds ( 10 ) stored camera ( 13 ) recorded images depending on the detected pivot angle (α) in a at the orientation of the helicopter cell ( 2 ) oriented reference system transformed.

Helicopter ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the image processing device ( 17 ) a with the swivel angle (α) changing pivot position of the camera ( 13 ) opposite the helicopter cell ( 2 ) compensated.

Helicopter ( 1 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the image processing device ( 17 ) with the camera ( 13 ) in one opposite the helicopter cell ( 2 ) fixed reference system transformed.

Helicopter ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the image processing device ( 17 ) a with the swivel angle (α) changing location of the camera ( 13 ) opposite the helicopter cell ( 2 ) compensated.

Helicopter ( 1 ) according to one of claims 8 to 11, characterized by a display device ( 19 ) for the transformed images ( 20 ) the camera ( 13 ).

Helicopter ( 1 ) according to one of claims 8 to 12, characterized by an automatic external load stabilization system ( 18 ), which determines the position of an external wind ( 10 ) attached load ( 12 ) opposite the helicopter cell ( 2 ) from the transformed images ( 20 ) the camera ( 13 ) detected.

Helicopter ( 1 ) according to claim 13, characterized in that a device is a length of a load rope ( 11 ) of the external winds ( 10 ) up to the load ( 12 ) and that the external load stabilization system ( 18 ) the length of the load rope ( 11 ) when detecting the position of the load ( 12 ) opposite the helicopter cell ( 2 ) considered.

Helicopter ( 1 ) according to one of claims 8 to 14, characterized by a servomotor for adjusting the pivoting angle (α) of the winch arm ( 9 ).