DE102015213200B4 - Haptic remote control - Google Patents
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Abstract
Fernsteuerung (1) für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt (5), mit – mindestens einem Bedienelement (10), welches zum Erzeugen erster Steuersignale (S1), die sich auf eine Bewegung des Objekts (5) beziehen, manuell zwischen mehreren Verstellpositionen verstellbar ist, wobei ein Verstellbereich (V) Grenzen der manuellen Verstellbarkeit des mindestens einen Bedienelements (10) definiert, – mindestens einem Stellantrieb (11), der ausgebildet und eingerichtet ist, das mindestens eine Bedienelement (10) zwischen den Verstellpositionen zu verstellen, und – mindestens einer Regelungseinheit (13), die ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen Stellantrieb (11) zu steuern und mittels des mindestens einen Stellantriebs (11) die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln, wobei das mindestens eine Bedienelement (10) von dem mindestens einen Stellantrieb (11) zum Verstellen der Verstellposition mit einer umso größeren Kraft (F) und/oder mit einem umso größeren Drehmoment (M) beaufschlagt wird je weiter die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) von der jeweiligen Soll-Verstellposition abweicht, und wobei der Verstellbereich (V) Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen definiert.Remote control (1) for a real or virtual moving object (5), with - at least one control element (10), which manually for adjusting first control signals (S1), which relate to a movement of the object (5), adjustable between a plurality of adjustment positions wherein an adjustment range (V) defines limits of the manual adjustability of the at least one operating element (10), - at least one actuator (11) which is designed and arranged to adjust the at least one operating element (10) between the adjustment positions, and at least one control unit (13) which is designed and set up to control the at least one actuator (11) and to control the adjustment position of the at least one operating element (10) with respect to a desired adjustment position by means of the at least one actuator (11), wherein the at least one operating element (10) of the at least one actuator (11) for adjusting the adjustment position with a the greater the force (F) and / or the greater the torque (M) applied, the further the adjustment position of the at least one control element (10) deviates from the respective desired adjustment position, and wherein the adjustment range (V) limits the possible setpoint Defined adjustment positions.
Description
Die Erfindung betrifft eine Fernsteuerung für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt. The invention relates to a remote control for a real or virtual moving object.
Eine derartige Fernsteuerung für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt umfasst mindestens ein Bedienelement, welches zum Erzeugen erster Steuersignale, die sich auf eine Bewegung des Objekts beziehen, manuell zwischen mehreren Verstellpositionen verstellbar ist. Dabei definiert ein Verstellbereich Grenzen der manuellen Verstellbarkeit des mindestens einen Bedienelements. Eine solche Fernsteuerung umfasst ferner mindestens einen Stellantrieb, der ausgebildet und eingerichtet ist, das mindestens eine Bedienelement zwischen den Verstellpositionen des Verstellbereichs zu verstellen. Such a remote control for a real or virtual moving object comprises at least one operating element, which is manually adjustable for generating first control signals, which relate to a movement of the object, between a plurality of adjustment positions. In this case, an adjustment range defines limits of the manual adjustability of the at least one operating element. Such a remote control further comprises at least one actuator, which is designed and configured to adjust the at least one operating element between the adjustment positions of the adjustment.
Bei einer derartigen Fernsteuerung kann es sich beispielsweise um eine Modellflugfernsteuerung handeln. Es kann sich dabei aber auch zum Beispiel um eine Fernsteuerung für ein Modellauto oder ein Modellboot handeln. Dabei können die beispielhaft genannten beweglichen Objekte – z. B. Modellflugzeug, Modellauto oder Modellboot – reale oder virtuelle Objekte sein. Such a remote control may be, for example, a model aircraft remote control. It may also be, for example, a remote control for a model car or a model boat. In this case, the exemplified movable objects -. Model airplane, model car or model boat - real or virtual objects.
Virtuelle bewegliche Objekte spielen zum Beispiel im Rahmen von computerimplementierten Modellsimulationen für Spiel- oder Trainingszwecke eine Rolle. Dabei lässt sich die Bewegung des virtuellen Objektes auf einem Bildschirm verfolgen und mittels einer an den Computer angeschlossenen Fernsteuerung steuern. Die Fernsteuerung kann mit einer Force Feedback-Funktion versehen sein, wie sie aus der manntragenden Luftfahrt im Zusammenhang mit Fly-by-wire-Steuerungen bekannt ist. Hierbei wird ein Bedienelement der Fernsteuerung durch einen Stellantrieb mit Kräften und/oder Drehmomenten beaufschlagt, um einem Bediener den Eindruck von physikalischen Gegenkräften, welche bei bestimmten Steuerbewegungen oder Flugbedingungen wirksam werden, zu vermitteln. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Flugsimulation oder ein Autorennspiel als realistischer erfahren werden. For example, virtual moving objects play a role in computer-implemented model simulations for gaming or training purposes. The movement of the virtual object can be tracked on a screen and controlled by means of a remote control connected to the computer. The remote control may be provided with a force feedback function, as known from man-bearing aviation in the context of fly-by-wire controls. In this case, a control element of the remote control is acted upon by an actuator with forces and / or torques to give an operator the impression of physical counter forces that are effective in certain control movements or flight conditions. In this way, for example, a flight simulation or a car racing game can be experienced as more realistic.
Ein Joystick mit der beschriebenen Force Feedback-Funktion ist beispielsweise aus der
Mit bekannten Fernsteuerungen der beschriebenen Art kann einem Bediener zwar der Eindruck von Gegenkräften und Gegendrehmomenten vermittelt werden, sie erlauben jedoch nicht, ein Bedienelement in der Weise automatisch zu verstellen, dass das bewegliche Objekt mit diesen Bewegungen tatsächlich steuerbar wäre. Dies kann aber beispielsweise bei der Ausbildung von Modellflugschülern zur Vermittlung von korrigierenden Fernsteuerbewegungen eines Modellfluglehrers oder bei einer Flugshow zum Mitfühlen der Fernsteuerbewegungen eines Modellflugkünstlers durch die Zuschauer wünschenswert sein. With known remote controls of the type described, an operator may be given the impression of opposing forces and counter torques, but they do not allow to automatically adjust an operating element in such a way that the moving object would actually be controllable with these movements. However, this may be desirable, for example, in the training of model learner students to teach corrective remote control movements of a model flying instructor or at an air show for sympathizing with the remote control movements of a model flying artist by the audience.
Die
In der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fernsteuerung für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt bereitzustellen, welche eine haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen einer Instanz, beispielsweise von einer Fernsteuerung eines Modellfluglehrers, an einen Bediener der Fernsteuerung erlaubt. The object of the present invention is to provide a remote control for a real or virtual moving object, which allows a haptic switching of remote control movements of an entity, for example from a remote control of a model flying instructor, to a remote control operator.
Diese Aufgabe wird durch eine Fernsteuerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a remote control with the features of
Demnach ist an einer gattungsgemäßen Fernsteuerung ferner mindestens eine Regelungseinheit vorgesehen, die ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen Stellantrieb zu steuern und mittels des mindestens einen Stellantriebs die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln. Dabei definiert der Verstellbereich Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen. Accordingly, at least one control unit is provided on a generic remote control further, which is designed and configured to control the at least one actuator and to regulate the adjustment of the at least one control element with respect to a desired adjustment by means of at least one actuator. The adjustment range defines limits of the possible setpoint adjustment positions.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass sich Fernsteuerbewegungen haptisch vermitteln lassen, wenn alle Verstellpositionen, in welche ein Bedienelement manuell verstellbar ist, auch automatisch, d.h. durch den Stellantrieb, gezielt anfahrbar sind. Mittels der Regelungseinheit kann dabei beispielsweise eine Soll-Verstellposition des Bedienelements angefahren werden, welche einer momentanen Verstellposition eines Bedienelements einer Modellfluglehrer-Fernsteuerung entspricht. Für den Bediener, beispielsweise einen Modellflugschüler, besteht somit die Möglichkeit, die Fernsteuerbewegungen des Fluglehrers zeitgleich mit dem Beobachten des realen Modellflugzeugs mitzufühlen, um sich die erforderlichen Steuerknüppel-Bewegungsabläufe einprägen zu können. The invention is based on the idea that remote control movements can be haptically conveyed when all adjustment positions in which an operating element is manually adjustable, also automatically, ie by the actuator, are specifically approached. By means of the control unit can be approached, for example, a desired adjustment position of the control element, which corresponds to a current adjustment position of a control element of a model flying instructor remote control. For the operator, for example, a model student, there is thus the possibility that To simulate remote control movements of the flight instructor at the same time as observing the real model airplane in order to memorize the required joystick motions.
Es ist auch denkbar, bei einem Flugsimulator von einem simulierten Modellflugzeug Steuersignale zurück an die Fernsteuerung zu senden und dort in Bewegungen der Steuerknüppel umzusetzen. So können beispielsweise zuvor aufgezeichnete Flugsequenzen abgespielt und einem trainierenden Bediener die dazu passenden Steuerknüppelbewegungen fühlbar vermittelt werden. It is also conceivable to send in a flight simulator of a simulated model aircraft control signals back to the remote control and implement there in movements of the joysticks. For example, pre-recorded flight sequences can be played and the appropriate joystick movements can be tangibly conveyed to a training operator.
Beispielsweise kann das bewegliche Objekt ein unbemanntes Landfahrzeug, Wasserfahrzeug und/oder Luftfahrzeug sein. So kann das Objekt zum Beispiel ein fernsteuerbares Modellfahrzeug für den Betrieb zu Land, zu Wasser und/oder in der Luft, insbesondere ein fernsteuerbares Modellflugzeug oder ein fernsteuerbarer Modellhubschrauber, sein. Das Fernsteuern solcher Modelle setzt im Allgemeinen ein vergleichsweise aufwändiges Training voraus, bei welchem die erfindungsgemäße haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen eines Modellfluglehrers an einen Modellflugschüler besonders vorteilhaft zum Einsatz kommen kann. For example, the moving object may be an unmanned land vehicle, watercraft and / or aircraft. For example, the object may be a remotely controllable model vehicle for land, sea, and / or air operation, particularly a remotely controllable model airplane or a model remote controlled helicopter. The remote control of such models generally requires a comparatively complex training, in which the haptic switching of remote control movements of a model flying instructor according to the invention to a model student can be used particularly advantageously.
Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt wird eine Fernsteuerungsattrappe nach Art einer Modellfernsteuerung bereitgestellt. Die Fernsteuerungsattrappe weist mindestens zwei Bedienelemente auf, welche als Steuerknüppel ausgebildet sind und entsprechend den Verstellpositionen der Steuerknüppel einer Modellfernsteuerung zwischen mehreren Verstellpositionen innerhalb eines Verstellbereichs verstellbar sind. Beispielsweise können die Steuerknüppel um jeweils mindestens zwei Achsen schwenkbar sein. Die Fernsteuerungsattrappe umfasst ferner mindestens einen Stellantrieb je Bedienelement, wobei der mindestens eine Stellantrieb ausgebildet und eingerichtet ist, das jeweilige Bedienelement zwischen den Verstellpositionen des Verstellbereichs zu verstellen, und mindestens eine Regelungseinheit, die ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen Stellantrieb je Bedienelement zu steuern und mittels des mindestens einen Stellantriebs die Verstellposition des jeweiligen Bedienelements bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln. Dabei definiert der Verstellbereich Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen. Mit einer derartigen Fernsteuerungsattrappe kann z.B. ein Modellflugschüler oder ein Zuschauer einer Modellflugshow Steuerknüppelbewegungen eines Fluglehrers bzw. Modellflugkünstlers haptisch mitfühlen. Die möglichen Verstellpositionen eines Bedienelements der Fernsteuerung oder der Fernsteuerungsattrappe können in dem Verstellbereich kontinuierlich verteilt sein. Beispielsweise kann das Bedienelement ein um mehrere Achsen kontinuierlich schwenkbarer Steuerknüppel oder ein kontinuierlich verstellbarer Schieberegler sein. Gerade bei solchen kontinuierlich verstellbaren Bedienelementen können komplexe Steuerbewegungen mittels einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung besonders eingängig durch haptisches Nachfühlen vermittelbar sein. According to a further aspect of the invention, a remote control dummy is provided in the manner of a model remote control. The remote control dummy has at least two control elements, which are designed as control sticks and are adjustable in accordance with the adjustment positions of the control stick of a model remote control between a plurality of adjustment positions within an adjustment range. For example, the joysticks may be pivotable about at least two axes. The remote control dummy further comprises at least one actuator per control element, wherein the at least one actuator is designed and configured to adjust the respective control between the adjustment of the adjustment, and at least one control unit which is designed and configured to control the at least one actuator per control and to regulate the adjustment position of the respective operating element with respect to a desired adjustment position by means of the at least one actuator. The adjustment range defines limits of the possible setpoint adjustment positions. With such a remote control dummy, e.g. a model student or a spectator of a model airplane show haptic compass movements of a flight instructor or model airplane artist. The possible adjustment positions of a control element of the remote control or the remote control dummy can be distributed continuously in the adjustment range. For example, the control element may be a joystick which can be continuously swiveled about several axes or a continuously adjustable slider. Especially with such continuously adjustable controls complex control movements by means of a remote control according to the invention can be particularly catchy mediated by haptic Nachfühlen.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein Bedienelement einer Fernsteuerung oder einer Fernsteuerungsattrappe ausgebildet ist, unter überlagerten Wirkungen des Stellantriebs einerseits und einer manuellen Betätigung durch den Bediener andererseits zwischen den Verstellpositionen verstellt zu werden. Damit ist gemeint, dass eine solche überlagerte Betätigung des Bedienelements entsprechend der Konstruktion des Bedienelements und des Stellantriebs auch vorgesehen ist und nicht etwa nur durch „rohe Gewalt“ bei der manuellen Betätigung bewirkt werden kann. Beispielsweise kann ein Steuerknüppel als Bedienelement an einer Welle eines Elektromotors, welcher einen Stellantrieb bildet, befestigt sein, wobei die Welle des Elektromotors leichtgängig und von außen drehbar ausgebildet ist. In diesem Fall stellt der Stellantrieb keine konstruktionsbedingte mechanische Hemmung für ein manuelles Verstellen des Bedienelements dar. It can also be provided that a control element of a remote control or a remote control dummy is designed to be adjusted under superimposed effects of the actuator on the one hand and a manual operation by the operator on the other hand between the adjustment positions. By this is meant that such a superimposed actuation of the control element according to the construction of the operating element and the actuator is also provided and can not be effected only by "brute force" in the manual operation. For example, a joystick can be attached as a control element to a shaft of an electric motor, which forms an actuator, wherein the shaft of the electric motor is designed to be smooth and rotatable from the outside. In this case, the actuator is not a construction-related mechanical inhibition for a manual adjustment of the control element.
In einer Weiterbildung ist die Regelungseinheit der Fernsteuerung oder der Fernsteuerungsattrappe ausgebildet, die Kraft und/oder das Drehmoment, mit welcher bzw. welchem der Stellantrieb das Bedienelement beaufschlagt, zu begrenzen. Insbesondere können dabei Grenzen der Kraft und/oder des Drehmoments variabel einstellbar sein. Auf diese Weise kann die Wirkung des Stellantriebes eine manuelle Betätigung des Bedienelements mehr oder weniger stark überlagern. Beispielsweise kann an der Fernsteuerung eine Einstellvorrichtung für obere Grenzen der Kraft und/oder des Drehmoments des Stellantriebs vorgesehen sein. Ein Bediener hat dann z. B. die Möglichkeit, die Grenzen der Kraft und/oder des Drehmoments des Stellantriebs innerhalb eines Intervalls von Null bis zu einer jeweiligen maximalen Obergrenze für die Kraft und/oder das Drehmoment zu wählen. Wird durch den Bediener eine niedrige Obergrenze eingestellt, so betätigt er das Bedienelement im Wesentlichen selbst manuell, wobei durch die relativ niedrigen Kräfte und/oder Drehmomente des Stellantriebes lediglich leichte haptische Korrekturen bereitgestellt werden. Wird demgegenüber eine relativ hohe Obergrenze eingestellt, so kann der Bediener die Steuerung im Wesentlichen dem Stellantrieb überlassen und dessen Steuerbewegungen des Bedienelementes lediglich weitgehend passiv nachfühlen. In a development, the control unit of the remote control or the remote control dummy is designed to limit the force and / or the torque with which or which the actuator acts on the operating element. In particular, limits of the force and / or the torque can be variably adjustable. In this way, the action of the actuator can superimpose a manual operation of the control element more or less. For example, an adjustment device for upper limits of the force and / or the torque of the actuator may be provided on the remote control. An operator then has z. B. the ability to select the limits of the force and / or the torque of the actuator within an interval from zero to a respective maximum upper limit for the force and / or torque. If a low upper limit is set by the operator, he essentially actuates the operating element manually manually, whereby only slight haptic corrections are provided by the relatively low forces and / or torques of the actuator. If, on the other hand, a relatively high upper limit is set, then the operator can essentially leave the control to the actuator and only largely passively sense its control movements of the operating element.
In einer Variante umfasst die Fernsteuerung oder die Fernsteuerungsattrappe zusätzlich eine Sensoreinheit zum Erfassen der Verstellposition, in welcher sich ein Bedienelement befindet, sowie zum Übersetzen der erfassten Verstellposition in zweite Steuersignale, und einen Signalausgang zur Ausgabe der zweiten Steuersignale. Beispielsweise kann eine aktuelle Verstellposition des Bedienelements mittels an dem Bedienelement angeordneter Potenziometer oder optischer und/oder magnetischer Sensoren erfasst werden. Im Rahmen der Sensoreinheit können Messsignale, beispielsweise der Potenziometer, in den zweiten Steuersignalen kodiert werden. Über den Signalausgang der Fernsteuerung können die zweiten Steuersignale nach extern ausgegeben werden. Der Signalausgang kann z. B. eine Funk-Sendeeinheit für die zweiten Steuersignale umfassen. Es ist aber auch denkbar, dass der Signalausgang eine Buchse für eine drahtgebundene Ausgabe der Steuersignale aufweist. In one variant, the remote control or the remote control dummy additionally comprises a sensor unit for detecting the adjustment position in which a control element is located, and for translating the detected adjustment position into second control signals, and a signal output for outputting the second control signals. By way of example, a current adjustment position of the operating element can be detected by means of potentiometers or optical and / or magnetic sensors arranged on the operating element. As part of the sensor unit measuring signals, such as the potentiometer, can be encoded in the second control signals. Via the signal output of the remote control, the second control signals can be output externally. The signal output can z. B. comprise a radio transmission unit for the second control signals. However, it is also conceivable that the signal output has a socket for a wired output of the control signals.
Beispielsweise kann der Bediener ein Modellfluglehrer sein, und die mittels der Sensoreinheit erfassten Verstellpositionen eines oder mehrerer Bedienelemente an seiner Fernsteuerung können als zweite Steuersignale an eine weitere erfindungsgemäße Fernsteuerung eines Modellflugschülers übermittelt werden. Die Regelungseinheit der Fernsteuerung des Modellflugschülers kann dabei ein entsprechendes Bedienelement bezüglich einer Soll-Verstellposition regeln, wobei die Soll-Verstellposition z. B. einer mittels der zweiten Steuersignale übermittelten aktuellen Verstellposition eines Bedienelements der Fernsteuerung des Modellfluglehrers entsprechen kann. For example, the operator may be a model instructor, and the detected by means of the sensor unit adjustment positions of one or more controls on his remote control can be transmitted as a second control signals to another remote control according to the invention of a model student. The control unit of the remote control of the model pupil can control a corresponding control element with respect to a desired adjustment position, wherein the desired adjustment position z. B. a transmitted by means of the second control signals current adjustment position of a control element of the remote control of the model flying instructor can correspond.
Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt wird ein System für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen bereitgestellt. Das System weist mindestens ein haptisches Bediengerät auf, welches eine erfindungsgemäße Fernsteuerung und/oder eine erfindungsgemäße Fernsteuerungsattrappe umfasst. Dabei umfasst die Fernsteuerungsattrappe mindestens einen Stellantrieb und eine Regelungseinheit, wie sie obenstehend mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Fernsteuerung beschrieben worden ist, ist jedoch nicht zum Erzeugen der ersten Steuersignale, die sich auf die Bewegung eines Objekts beziehen, ausgebildet. Ferner umfasst das System mindestens eine Instanz zum Bereitstellen zweiter Steuersignale, aus denen eine Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements des haptischen Bediengeräts ableitbar ist. Dabei sind die zweiten Steuersignale von der mindestens einen Instanz an die Regelungseinheit des mindestens einen haptischen Bediengeräts übermittelbar. According to a further aspect of the invention, a system is provided for haptic switching of remote control movements. The system has at least one haptic control unit which comprises a remote control according to the invention and / or a remote control dummy according to the invention. In this case, the remote control dummy comprises at least one actuator and a control unit, as has been described above with reference to a remote control according to the invention, but is not designed to generate the first control signals, which relate to the movement of an object. Furthermore, the system comprises at least one instance for providing second control signals, from which a desired adjustment position of the at least one operating element of the haptic control device can be derived. In this case, the second control signals from the at least one instance can be transmitted to the control unit of the at least one haptic operating device.
Beispielsweise kann die Instanz zum Bereitstellen zweiter Steuersignale eine erfindungsgemäße Fernsteuerung mit einer Sensoreinheit umfassen, mit welcher eine Verstellposition eines Bedienelements erfasst und in zweite Steuersignale übersetzt werden kann. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die zweiten Steuersignale über einen Signalausgang der Fernsteuerung ausgegeben und, beispielsweise per Funk oder drahtgebunden, an ein oder mehrere haptische Bediengeräte des Systems übermittelt werden. Aus den übermittelten zweiten Steuersignalen ist eine Soll-Verstellposition eines oder mehrerer Bedienelemente des mindestens einen haptischen Bediengeräts ableitbar, sodass bezüglich derer die Regelungseinheit des jeweiligen haptischen Bediengeräts das Bedienelement regeln kann. Das Funkgerät, welches die Instanz darstellt, kann z. B. von einem Modellfluglehrer bedient werden. Dementsprechend können ein oder mehrere haptische Bediengeräte, welche die zweiten Steuersignale von der Instanz empfangen können, z. B. von Modellflugschülern bedient werden. For example, the instance for providing second control signals may include a remote control according to the invention with a sensor unit with which an adjustment position of a control element can be detected and translated into second control signals. It may be provided that the second control signals are output via a signal output of the remote control and transmitted, for example by radio or by wire, to one or more haptic control devices of the system. From the transmitted second control signals, a desired adjustment position of one or more operating elements of the at least one haptic operating device can be derived, with respect to which the control unit of the respective haptic operating device can control the operating element. The radio, which represents the instance, z. B. be served by a model instructor. Accordingly, one or more haptic operator devices that can receive the second control signals from the instance, for. B. operated by model learners.
Diesem Erfindungsaspekt liegt der Gedanke zugrunde, dass mit dem erfindungsgemäßen System Fernsteuerbewegungen einer Instanz, beispielsweise eines Modellfluglehrers oder Modellsimulators, an einen oder mehrere Bediener eines oder mehrerer haptischer Bediengeräte, beispielsweise nach Art einer Modellflugfernsteuerung, haptisch vermittelbar sind. Mittels des Systems kann beispielsweise ein Modellflugschüler in seinen Fernsteuerbewegungen durch einen Modellfluglehrer korrigiert werden. Es ist dabei auch denkbar, dass gleichzeitig mehrere Bediener von Fernsteuerungen oder Fernsteuerungsattrappen, welche ein haptisches Bediengerät verwirklichen, rein passiv durch haptisches Nachfühlen den Fernsteuerbewegungen eines Modellfluglehrers oder beispielsweise eines Modellflugkünstlers bei einer Modellflugshow folgen. This aspect of the invention is based on the idea that with the system according to the invention, remote control movements of an entity, for example a model flight instructor or model simulator, can be haptically communicated to one or more operators of one or more haptic operator devices, for example in the manner of a model flight remote control. By means of the system, for example, a model student can be corrected in his remote control movements by a model instructor. It is also conceivable that at the same time several operators of remote controls or remote control dummies, which realize a haptic control unit, purely passive by haptic tracking the remote control movements of a model flying instructor or example of a model flying artist follow in a model air show.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Instanz einen Computer und/oder einen Server umfasst. Insbesondere kann die Instanz zum Bereitstellen der zweiten Steuersignale ein Modellsimulator, welcher auf dem Computer und/oder dem Server ausgeführt wird, sein. So können beispielsweise Fernsteuerbewegungen, die sich auf bestimmte Bewegungssequenzen eines virtuellen Objektes im Rahmen des Modellsimulator beziehen, in einer Datenbank des Computers und/oder Servers hinterlegt und als zweite Steuersignale an eine an den Computer und/oder Server angeschlossene Fernsteuerung oder Fernsteuerungsattrappe übermittelbar sein. Dabei können die zweiten Steuersignale beispielsweise auch innerhalb eines Netzwerkes wie z. B. dem Internet hinterlegt sein. Es ist auch denkbar, dass die zweiten Steuersignale von einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung mit einer Sensoreinheit erzeugt und über das Internet an wenigstens ein haptisches Bediengerät übermittelt werden. Die Übermittlung kann dabei unmittelbar oder verzögert, d.h. durch Hinterlegen der Steuersignale in einer Datenbank zum späteren Abrufen, erfolgen. It is also within the scope of the invention that the instance comprises a computer and / or a server. In particular, the instance for providing the second control signals may be a model simulator which is executed on the computer and / or the server. Thus, for example, remote control movements relating to certain movement sequences of a virtual object in the context of the model simulator stored in a database of the computer and / or server and as second control signals to a connected to the computer and / or server remote control or Fernsteuerungsattrappe be transmitted. In this case, the second control signals, for example, within a network such. B. be deposited on the Internet. It is also conceivable that the second control signals are generated by a remote control according to the invention with a sensor unit and transmitted via the Internet to at least one haptic control unit. The transmission may be immediate or delayed, i. by storing the control signals in a database for later retrieval.
Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, dass das haptische Bediengerät eine erfindungsgemäße Fernsteuerung für ein reales bewegliches Objekt umfasst, wobei das Objekt eine Telemetrieeinheit zum Erfassen von Messdaten aufweist. Die Telemetrieeinheit kann dabei im Rahmen des Systems eine Instanz (oder einen Teil hiervon) bilden, wobei die zweiten Steuersignale aus den Messdaten der Telemetrieeinheit abgeleitet werden. Beispielsweise verfügen Flugmodelle gemäß dem Stand der Technik bereits über die Möglichkeit, aktuelle Betriebsdaten wie Flughöhe, Geschwindigkeit, Rotordrehzahl, Akkukapazität etc. über eine derartige Telemetrieeinheit zurück an eine Fernsteuerung zu senden. Bei bisherigen Lösungen werden diese Daten dem Bediener über die Fernsteuerung visuell oder per Sprache angezeigt. Ferner ist es bekannt, bei Auftreten einer Fehlersituation ein haptisches Feedback an der Fernsteuerung vorzusehen, wobei zum Beispiel eine Vibration eines Steuerknüppels dem Bediener das Vorliegen der Fehlersituation anzeigen kann. It is also within the scope of the invention that the haptic control unit a Remote control according to the invention for a real moving object, wherein the object has a telemetry unit for acquiring measured data. Within the scope of the system, the telemetry unit can form an instance (or a part thereof), wherein the second control signals are derived from the measured data of the telemetry unit. For example, aircraft models according to the prior art already have the ability to send current operating data such as flight altitude, speed, rotor speed, battery capacity, etc. via such a telemetry unit back to a remote control. In previous solutions, these data are displayed to the operator via the remote control visually or by voice. Furthermore, it is known to provide a haptic feedback on the remote control when an error situation occurs, wherein, for example, a vibration of a joystick can indicate to the operator the presence of the error situation.
Mit der Telemetrieeinheit als Instanz in einem erfindungsgemäßen System lassen sich nun mit den zweiten Steuersignalen sensorbasierte Steuerungsinformationen, beispielsweise zum automatischen Zurücknehmen von Pitch bei Drehzahleinbruch des Rotors eines Modellhubschraubers, an die Fernsteuerung als haptisches Bediengerät übermitteln. Aufgrund dieser zweiten Steuersignale lässt sich beispielsweise ein Bedienelement zum Einstellen des Pitchs automatisch verstellen, wobei diese automatische Notfallkorrektur dem Bediener fühlbar vermittelt wird. Dabei wird eine Verstellposition des Bedienelements nur dann durch die Regelungseinheit und den Stellantrieb der Fernsteuerung automatisch angefahren, wenn die durch den Bediener aufgebrachte manuelle Stell- bzw. Haltekraft zu gering ist, um der Stellkraft des Stellantriebs entgegenzuwirken bzw. wenn der Bediener das Bedienelement ganz losgelassen hat. In jedem Fall ist für den Bediener die Richtung der automatischen Korrektur durch die Telemetrieeinheit spürbar. With the telemetry unit as an instance in a system according to the invention can now with the second control signals sensor-based control information, for example, for automatically canceling pitch at speed drop of the rotor of a model helicopter, to transmit the remote control as a haptic control unit. Because of these second control signals, for example, a control element for adjusting the pitch can be adjusted automatically, this automatic emergency correction being conveyed tangibly to the operator. In this case, an adjustment of the operating element is automatically approached only by the control unit and the actuator of the remote control when the applied by the operator manual actuating or holding force is too low to counteract the actuating force of the actuator or when the operator completely released the control Has. In any case, the direction of the automatic correction by the telemetry unit is noticeable to the operator.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen, welches ein erfindungsgemäßes System verwendet. The object is also achieved by a method for the haptic switching of remote control movements, which uses a system according to the invention.
Demnach werden in einem ersten Schritt die zweiten Steuersignale durch die mindestens eine Instanz bereitgestellt, wobei die zweiten Steuersignale eine Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements des haptischen Bediengeräts betreffen. Zu diesem Zweck wird beispielsweise bei einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung mit einer Sensoreinheit die Verstellposition eines oder mehrerer Bedienelemente erfasst, anschließend in zweite Steuersignale übersetzt und zur Ausgabe auf den Signalausgang gegeben. Alternativ können die zweiten Steuersignale auch von einem Computer und/oder einem Server, auf welchem ein Modellsimulator ausgeführt wird, bereitgestellt werden. Es ist weiterhin denkbar, dass die zweiten Steuersignale von einem Computer und/oder einem Server bereitgestellt werden, auf welchem sie innerhalb einer Datenbank gespeichert sind. Accordingly, in a first step, the second control signals are provided by the at least one instance, wherein the second control signals relate to a desired adjustment position of the at least one operating element of the haptic control device. For this purpose, for example, in a remote control according to the invention with a sensor unit detects the adjustment of one or more controls, then translated into second control signals and output to the output signal. Alternatively, the second control signals may also be provided by a computer and / or a server running a model simulator. It is also conceivable that the second control signals are provided by a computer and / or a server on which they are stored within a database.
In einem zweiten Schritt werden die zweiten Steuersignale von der Instanz an das haptische Bediengerät übermittelt. Die Übermittlung der zweiten Steuersignale kann beispielsweise per Funk von einer Fernsteuerung eines Modellfluglehrers an die Fernsteuerung eines Modellflugschülers erfolgen. Die Übermittlung kann jedoch auch drahtgebunden erfolgen, zum Beispiel per Kabel von einem Computer an eine daran angeschlossene Fernsteuerungsattrappe. In a second step, the second control signals are transmitted from the instance to the haptic operating device. The transmission of the second control signals can for example be done by radio from a remote control of a model flying instructor to the remote control of a model pupil. However, the transmission may also be wired, for example, by cable from a computer to a remote control dummy connected thereto.
In einem dritten Schritt wird die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements des haptischen Bediengeräts in Abhängigkeit der zweiten Steuersignale geregelt. Dabei erfolgt die Regelung mittels der Regelungseinheit und des mindestens einen Stellantriebs des haptischen Bediengeräts. So kann beispielsweise ein Steuerknüppel an der Fernsteuerung eines Modellflugschülers auf eine Verstellposition geregelt werden, die einer Verstellposition eines Steuerknüppels an der Fernsteuerung eines Modellfluglehrers, welche die Instanz darstellt, entspricht. Dabei sind die Bedienelemente der Instanz und des haptischen Bediengeräts derart ausgebildet, dass es eine im Wesentlichen eindeutige Abbildung zwischen den Verstellpositionen des Bedienelements der Instanz einerseits und dem Bedienelement des haptischen Bediengeräts andererseits gibt. In a third step, the adjustment position of the at least one operating element of the haptic control device is regulated as a function of the second control signals. In this case, the control takes place by means of the control unit and the at least one actuator of the haptic control unit. For example, a joystick on the remote control of a model learner can be controlled to an adjustment position corresponding to an adjustment position of a joystick on the remote control of a model flying instructor representing the instance. The controls of the instance and the haptic control device are designed such that there is a substantially unique mapping between the adjustment positions of the control element of the instance on the one hand and the operating element of the haptic control unit on the other hand.
In einer Variante des Verfahrens kommen wenigstens zwei erfindungsgemäße Fernsteuerungen, welche jeweils eine Sensoreinheit aufweisen, zum Einsatz. Dabei wird einerseits eine erste Fernsteuerung als eine erste Instanz für eine zweite Fernsteuerung als ein erstes haptisches Bedienelement verwendet, wobei die Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements der zweiten Fernsteuerung einer Verstellposition eines entsprechenden Bedienelements der ersten Fernsteuerung entspricht. Andererseits wird wiederum die zweite Fernsteuerung als eine zweite Instanz für die erste Fernsteuerung als ein zweites haptisches Bediengerät verwendet, wobei die Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements der ersten Fernsteuerung einer Verstellposition eines entsprechenden Bedienelements der zweiten Fernsteuerung entspricht. Beispielsweise kann eine Fernsteuerung eines Modellflugschülers einerseits zweite Steuersignale von einer Fernsteuerung eines Modellfluglehrers empfangen und auf diese Weise dessen Fernsteuerbewegungen an einem Steuerknüppel nachfühlen, und umgekehrt kann auch der Modellfluglehrer mit seiner Fernsteuerung zweite Steuersignale von der Fernsteuerung des Modellflugschülers empfangen, sodass der Modellfluglehrer Fernsteuerbewegungen des Modellflugschülers haptisch nachempfinden kann. In a variant of the method, at least two remote controls according to the invention, each having a sensor unit, are used. In this case, on the one hand, a first remote control is used as a first instance for a second remote control as a first haptic operating element, wherein the desired adjustment position of the at least one operating element of the second remote control corresponds to an adjustment position of a corresponding operating element of the first remote control. On the other hand, in turn, the second remote control is used as a second instance for the first remote control as a second haptic control unit, wherein the desired adjustment position of the at least one control element of the first remote control corresponds to an adjustment position of a corresponding control element of the second remote control. For example, a remote control of a model pupil on the one hand receive second control signals from a remote control of a model flying instructor and thus sense its remote control movements on a joystick, and vice versa, the model instructor with its remote control second control signals from the remote control of the model pupil received so that the model flight instructor can haptically simulate remote movements of the model pupil.
Das mindestens eine Bedienelement wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Fernsteuerung bzw. Fernsteuerungsattrappe von dem mindestens einen Stellantrieb zum Verstellen der Verstellposition mit einer umso größeren Kraft und/oder mit einem umso größeren Drehmoment beaufschlagt je weiter die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements von der jeweiligen Soll-Verstellposition abweicht. Beispielsweise kann die Kraft und/oder das Drehmoment im Wesentlichen linear von der Abweichung abhängen. Auf diese Weise kann eine, z.B. elastische, haptische Kopplung zwischen einem Bedienelement der ersten Fernsteuerung (beispielsweise des Modellfluglehrers) und einem Bedienelement der zweiten Fernsteuerung (beispielsweise des Modellflugschülers) verwirklicht werden. Eine solche haptische Kopplung ist analog zu einer Kopplung der Steuerhörner eines Piloten und eines Copiloten, wie sie aus der manntragenden Luftfahrt bekannt ist, zu verstehen. The at least one operating element is applied in the inventive method and the remote control or remote control dummy according to the invention by the at least one actuator for adjusting the adjustment with an even greater force and / or with a larger torque the further the adjustment of the at least one operating element of the deviates from the respective desired adjustment position. For example, the force and / or the torque may depend substantially linearly on the deviation. In this way, a, e.g. elastic, haptic coupling between a control element of the first remote control (for example, the model flying instructor) and a control element of the second remote control (for example, the model pupil) can be realized. Such a haptic coupling is analogous to a coupling of the control horns of a pilot and a copilot, as it is known from man-carrying aviation to understand.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass bei einer Abweichung zwischen der Verstellposition des mindestens einen Bedienelements und der jeweiligen Soll-Verstellposition das mindestens eine Bedienelement durch den mindestens einen Stellantrieb mit einer umso größeren Kraft und/oder mit einem umso größeren Drehmoment beaufschlagt wird, je größer eine Kopplungsstärke für das mindestens eine Bedienelement gewählt wird. Dabei wird die Kopplungsstärke an dem mindestens einen haptischen Bediengerät und/oder an der mindestens einen Instanz eingestellt. In a further development, it can be provided that, in the case of a deviation between the adjustment position of the at least one control element and the respective setpoint adjustment position, the at least one control element is acted upon by the at least one actuator with an even greater force and / or torque greater a coupling strength for the at least one control element is selected. In this case, the coupling strength is set on the at least one haptic operating device and / or on the at least one instance.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Kopplungsstärke einer haptischen Kopplung zwischen einer ersten Fernsteuerung und einer zweiten Fernsteuern mittels der Regelungseinheiten nach Bedarf variabel eingestellt wird. Die Kopplungsstärke kann beispielsweise in einem Bereich von Null bis zu einer maximalen Kopplungsstärke eingestellt werden, wobei die maximale Kopplungsstärke z. B. (je nach Leistungsstärke des Stellantriebs) einer im Wesentlichen starren Kopplung zwischen den Bedienelementen der ersten Fernsteuerung und der zweiten Fernsteuerung entsprechen kann. Dabei kann das Einstellen der Kopplungsstärke für die jeweilige Fernsteuerung an der Fernsteuerung selbst erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann an einer der Fernsteuerungen die Kopplungsstärke für beiden Fernsteuerungen eingestellt werden. For example, it may be provided that a coupling strength of a haptic coupling between a first remote control and a second remote control by means of the control units is set variably as needed. The coupling strength can be set, for example, in a range from zero to a maximum coupling strength, wherein the maximum coupling strength z. B. (depending on the power of the actuator) may correspond to a substantially rigid coupling between the controls of the first remote control and the second remote control. It can be done adjusting the coupling strength for the respective remote control on the remote control itself. Alternatively or additionally, the coupling strength for both remote controls can be set on one of the remote controls.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanken soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen: The idea underlying the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures. Show it:
Die
Die dargestellten Fernsteuerungen
Ein Verstellbereich V definiert Grenzen der manuellen Verstellbarkeit der Bedienelemente
An der Fernsteuerung
Das automatische Verstellen eines Bedienelements
Eine Regelungseinheit
Im Ausführungsbeispiel empfängt die Regelungseinheit
Die zweiten Steuersignale S2 können beispielsweise von einer Instanz
Die Instanz
Die zweiten Steuersignale S2 können über einen zweiten Signalausgang
Der zweite Signalausgang
Insoweit der zweite Signalausgang
In Abhängigkeit der übermittelten zweiten Steuersignale S2 kann dann die Verstellposition mindestens eines Bedienelements
Dabei kann auch eine weitere Fernsteuerung
Das haptische Bediengerät
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Bedienelemente
Im Gegensatz hierzu kann bei Fernsteuerungen
Die
Der Steuerknüppel
Bei dem Ausführungsbeispiel der
Wird der Schieberegler
Im Folgenden werden anhand der
In der
Umgekehrt können in ganz analoger Weise von der zweiten Fernsteuerung
Dieses Ausführungsbeispiel geht von dem Gedanken aus, beispielsweise einem Modellflugschüler B2 über die Bedienelemente
Das erfindungsgemäße System
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Kopplungsstärke der Kopplung mittels der Regelungseinheiten
In der beispielhaften Ausführungsform der
Wenn der Modellfluglehrer B1 nun seine Steuerknüppel
An der zweiten Fernsteuerung
Da die beschriebene Kopplung in beide Richtungen verwirklicht ist, kann auch der Modellflugschüler B2 die Steuerknüppel
In dem Fall, dass der Modellflugschüler B2 einen kritischen Steuerfehler begeht, kann der Modellfluglehrer B1 jederzeit eingreifen und mit seinen, für das Fernsteuern des Modellflugzeugs
Infolge dieses manuellen Eingreifens durch den Modellfluglehrer B1 kann der Stellantrieb
Der Modellflugschüler B2 fühlt dabei die durch die Korrektur des Modellfluglehrers B1 hervorgerufene Stellkraft F seines Stellantriebs
Falls der Modellflugschüler B2 die Korrektur des Modellfluglehrers B1 ignoriert und mit seiner manuellen Stellkraft entgegen dem Stellantrieb
Die
Der Computer
In einem herkömmlichen Betriebsmodus eines Modellsimulators verstellt der zweite Bediener B2 die Steuerknüppel
Das erfindungsgemäße System
Denkbar sind dabei auch Mischformen der beiden beschriebenen Betriebsmodi, bei denen der zweite Bediener B2 einerseits die Möglichkeit hat, das virtuelle Objekt
Denkbar ist in Bezug auf visuelles Feedback auch ein sogenannter Split-Screen-Ansatz, wobei beispielsweise in einer linken Bildschirmhälfte das optimal von der virtuellen Fernsteuerung gesteuerte virtuelle Objekt
Gemäß einer weiteren Variante des Ausführungsbeispiels der
Die beiden haptischen Bediengeräte
Der Bediener B1 kann dabei als Modellfluglehrer dominant die virtuelle Fernsteuerung mit seinem haptischen Bediengerät
Die
Ein Showpilot steuert in diesem Ausführungsbeispiel als erster Bediener B1 ein reales Modellflugzeug
Zusätzlich zu den realen Zuschauern B2 vor Ort kann das zweite Steuersignal S2 des Show- bzw. Wettbewerbspiloten auch über eine Internetplattform
Eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Systems
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Fernsteuerung
Der Bediener B steuert das fernsteuerbarer Objekt
Basierend auf bestimmten Flugzuständen bzw. Flugbedingungen (zum Beispiel eine zu geringe Rotordrehzahl, zu geringe Höhe, zu geringe Akkukapazität etc.) kann die Telemetriesensorik
Dabei muss der Bediener B nicht tatenlos zuschauen Eine automatische Steuerknüppelposition wird vielmehr nur dann von der Stelleinheit
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann bei einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung
Herkömmlichen Steuerknüppel weisen häufig mechanische Eigenschaften auf, die dem exakten biomotorischen Ausführen von bestimmten Stickmoves durch einen Bediener B in unerwünschter Weise entgegenwirken. Dazu zählt ein Wirkrichtungswechsel einer mechanischen Rückstellkraft beim Durchlaufen der Zentrierposition (d.h. der Position, die der Steuerknüppel nach Loslassen des Steuerknüppels
Bei einer erfindungsbemäßen Fernsteuerung
Grundsätzlich können die mechanischen Rückstellfedern
Ferner ist beispielsweise die Erzeugung einer gleich großen Rückstellkraft F in allen Richtungen möglich. Zudem kann ein unerwünschtes gedämpftes Schwingen des Steuerknüppels
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fernsteuerung Remote control
- 1-1 1-1
- Erste Fernsteuerung First remote control
- 1-2 1-2
- Zweite Fernsteuerung Second remote control
- 10 10
- Bedienelement operating element
- 11 11
- Stellantrieb actuator
- 110 110
- Motor engine
- 111 111
- Spindel spindle
- 112 112
- Riemen belt
- 113 113
- Rückstellfeder Return spring
- 12 12
- Signaleingang signal input
- 13 13
- Regelungseinheit control unit
- 14 14
- Zweiter Signalausgang Second signal output
- 15 15
- Sensoreinheit sensor unit
- 16 16
- Erster Signalausgang First signal output
- 33
- System system
- 31 31
- Haptisches Bediengerät Haptic control unit
- 32 32
- Instanz instance
- 320 320
- Computer computer
- 321 321
- Server / Internet Server / Internet
- 322 322
- Datenbank Database
- 55
- Objekt object
- 51 51
- Telemetrieeinheit telemetry unit
- 510 510
- Telemetriesensorik telemetry sensors
- 511 511
- Telemetriesender telemetry transmitter
- 52 52
- Empfänger receiver
- 53 53
- Servo Power
- 77
- Fernsteuerungsattrappe Remote control dummy
- BB
- Bediener operator
- B1 B1
- Erster Bediener First operator
- B2 B2
- Zweiter Bediener Second operator
- B3 B3
- Dritter Bediener Third operator
- FF
- Kraft force
- MM
- Drehmoment torque
- S1 S1
- Erste Steuersignale First control signals
- S2 S2
- Zweite Steuersignale Second control signals
- S2-1 S2-1
- Zweite Steuersignale für die erste Fernsteuerung Second control signals for the first remote control
- S2-2 S2-2
- Zweite Steuersignale für die zweite Fernsteuerung Second control signals for the second remote control
- SF SF
- Kraftbezogene Steuersignale Force related control signals
- SP SP
- Positionsbezogenen Steuersignale Position-related control signals
- SR SR
- Feedbackkanal Feedback channel
- VV
- Verstellbereich adjustment
Claims (15)
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-
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2016
- 2016-07-14 WO PCT/EP2016/066722 patent/WO2017009406A1/en active Application Filing
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