DE19906244A1 - Vorrichtung zur elektrischen realen Raumbildvermittlung ferngelenkter selbstbeweglicher Vorrichtungen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur elektrischen realen Raumbildvermittlung ferngelenkter selbstbeweglicher Vorrichtungen. Die Vorrichtung kann in fernlenkbare Modelle (Drohnen, Teleoperateure) wie Flugzeuge, Autos, Schiffe jedweder Dimensionierung eingesetzt werden, um eine dreidimensionale Bild- und Geräuschübertragung an die Steuerperson zu realisieren. Dabei können noch zusätzliche Informationen in das Bildsignal eingeblendet werden. Die Steuerperson verfügt über einen Cyberhelm, dessen Bewegungen auf zwei Kameras im Modell übertragen werden. Zusätzlich ist es möglich, die Bewegung des Modells simultan auf den Arbeitsplatz der Steuerperson zu übermitteln. Die Vorrichtung findet Anwendung in der Ausbildung und Schulung sowie in Wettkämpfen, die im Online-Betrieb bequem von zu Hause aus zu führen sind, wobei insbesondere auch behinderte Personen integriert werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung zur Aufnahme, Übertragung und Projektion realer räumlicher Bildinformationen. Solche Vorrichtungen sind vor­ gesehen zur Integration in selbstbewegliche Vorrichtungen (Teleoperatoren, Droh­ nen), die sich zu Land, Luft und Wasser bewegen können, um diese z. B. fernzulen­ ken, oder deren Aufzeichnungsdaten technisch anderweitig zu verwenden. Derarti­ ge Vorrichtungen finden Anwendung in der Militärtechnik, im Vermessungswesen und der Meerestechnik, Kerntechnik, Weltraumtechnik, Medizin- und Materialprüf­ technik etc.

Bekannt sind optoelektrische-, optoelektronische Vorrichtungen, welche Bildin­ formationen durch Optiken aufnehmen und an einen Monitor weiterleiten. Diese Bil­ dinformationen können durch rechnergestützte Daten vervollständigt werden um Vorrichtungen fernzulenken, die am Aufzeichnungsort agieren, wie z. B. im mensch­ lichen Körper, in technisch schwer zugänglichen Apparaturen, Kanalsystemen, Ge­ fahrengebieten und gefährlichen Medien ete. Explizit werden Bildaufzeichnungs- und Übertragungssysteme in der Modelltechnik durch das Militär bei den soge­ nannten Drohnen zur Beobachtung und Auswertung geographischer Gegebenhei­ ten genutzt. "Im industriellen Bereich werden Schwerlast-Manipulatoren dort einge­ setzt, wo der Mensch von schwerer physischer Arbeit entlastet werden soll, aber das Steuern der Bewegungsabläufe weiterhin dem Menschen überlassen werden muß (zum Beispiel Kerntechnik, Meerestechnik, Weltraumtechnik)" - (siehe Dubbel Def. Teleoperatoren).

Diese Teleoperatoren sind mit optischen Bildübermittlungssystemen ausgerüstet, welche die aufgezeichneten Bilder zweidimensional vermitteln. Da keine räumliche Tiefenvermittlung an die steuernde Person stattfindet sind diese Art von Operatoren mit aufwendigen Systemen ausgerüstet, welche der Bedienungsperson Entfer­ nungseinschätzungen vermitteln sollen um präzise Arbeits- d. h. Steuerleistung zu erreichen.

Da die Bilddatenvermittlung ausschließlich über Monitor stattfindet, wird zudem eine erhebliche psychoemotionale Differenz zur ausführenden Vorrichtung erzeugt. Da­ durch wird besonders ein Einsatz im Spielesektor behindert, weil es nicht möglich ist die Bedienungsperson in einen simultanrealen Vorgang zu integrieren. Bedingt durch das Fehlen dieser Integration wird die Umsetzung als Online-Spiel z. B. im Internet unattraktiv durch fehlende Spielmotivation.

Daraus abzuleiten ist, daß die Qualität der Reaktion und deren Geschwindigkeit prinzipiell negativ beeinflußt wird.

Im Bereich von Schulungstraining z. B. für die Luftfahrt oder Kraftverkehr, sowie im Spiele- und Sportbereich kommen solche Systeme nicht zum Einsatz, sondern de­ ren rechnerisch erzeugte Simulation, bei welcher aufgrund der realen Komplexität eine sehr starke Abstraktion stattfindet, die von der Realität stark abweicht und eine eigene Realität erzeugt.

Dieses kann dazu führen das Aspekte nicht berücksichtigt werden die in der Realität bestehen. Woraus ein späteres Fehlverhalten des Trainierenden resultieren kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Bedienungsperson von Te­ leoperatoren in einen möglichst simultanrealen Vorgang zu integrieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ausgeführt wird.

In die Vorrichtung eines Teleoperators, hier als Beispiel ein ottomotorbetriebenes Flugzeugmodell, sind zwei als Augenpaare integrierte Mikrovideokameras installiert, welche auf einen mit zwei Schrittmotoren ausgerüsteten Träger montiert sind, der sich im Modellcockpit als Kopfimitation des Piloten befindet. Diese Videokameras sind mit jeweils zwei Videosendern verbunden. In dem Flugzeugmodell befinden sich außerdem ein Höhenmesser, ein künstlicher Horizont, ein Drehzahlmesser und eine Treibstoffanzeige im Armaturenbrett. Die Steuerperson bedient eine typenge­ rechte Fernsteuerung, desweiteren verfügt sie über einen brillenartig ausgeführten Helm an welchem sich zwei Videoempfangsanlagen plus der Monitore für das Au­ genpaar befinden. In dem Helm wird der Neigungswinkel, sowie der Drehwinkel zu den Schultern gemessen, und mittels der Schrittmotoren auf die Kameras im Flug­ zeugmodell per Funk übertragen. Dadurch kann die Bedienungsperson durch die bildreale Übertragung Distanzen abschätzen und so Hindernisse ohne Modellverlust umfliegen und in den direkten Flugwettbewerb mit einer gleich ausgerüsteten Per­ son treten. Der Sichtkontakt zum Modell spielt dabei keine Rolle. Bei weiterem Aus­ bau der Steuereinheit bis hin zur Steuerzelle um die Steuerperson herum wird es möglich die realen Bedingungen des Modellflugzeuges empfindungsnah der Steu­ erperson zu vermitteln. Durch Bewegungssimulation und die rechnerische Einspie­ lung von Instrumentendaten sind authentische Bedingungen zu erreichen.

Durch die reale Bewegung des Teleoperators, im Beispiel Flugmodell, und die optische dreidimensionale Bildübertragung an die Steuerperson wird erreicht, daß stereoskopische Tiefenwahrnehmungen, d. h. Distanzeinschätzungen vom Teleope­ rator zu anderen Objekten, präzise eingeschätzt werden können.

Diese Übertragung macht es möglich auch präzise Steuerleistungen zu erreichen. Weil die Steuerperson den Eindruck hat selbst im Teleoperator zu sitzen.

Dieser Eindruck findet besondere Verstärkung durch den Einsatz von Mikrophonen im Teleoperator und Stereolautsprechern für die Steuerperson, wobei mittels elek­ tronischer Manipulation die Phonetik moduliert werden kann um dem gewünschten Eindruck zu entsprechen. Aufgrund der stereophonen Übertragung innerer und äu­ ßerer akustische Einflüsse (Motordrehzahl, nähern anderer Objekte etc.) auf das Modell ist die Steuerperson in der Lage zu reagieren.

Mittels Vervollständigung durch zwei weitere Kameras, welche sich am Helm befin­ den, rechnergestützter oder elektronischer Einblendungen des Steuerequipments realer Fabrikate und wie oben angeführt der Nachbildung von Bewegungskräften des Models, wird es möglich absolut reale Schulungen oder sportliche Wettkämpfe ohne Gefahr für die Steuerperson auszuführen.

Im einzelnen ergibt sich auch ohne Steuerzelle eine höhere Qualität durch die zu­ sätzlichen Kameras indem man seine eigenen Hände und das Steuergerät als Si­ gnal in das Bild eingespielt bekommt.

Ein bedeutender Vorteil liegt darin, daß Wettbewerbe (z. B. Autorennen) auch meh­ rerer Steuerpersonen durch Vermietung im Online-Betrieb angeboten und über große räumliche Distanzen ausgetragen werden können, indem der Anbieter das Gelände und die zu benutzenden Modell entsprechend wählt und ausrüstet.

Die Möglichkeit, daß durch diesen Online-Betrieb auch behinderte Personen bei entsprechender Ausstattung ihres Equipments an z. B. Flugwettkämpfen mit nicht Behinderten teilnehmen können, ist für deren Integration von besonderer Bedeu­ tung.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur elektrischen realen Raumbildvermittlung ferngelenkter selbstbe­ weglicher Vorrichtungen (Teleoperatoren) (7) dadurch gekennzeichnet, daß in diese zwei stereoskopisch angeordnete Kameras (1) integriert sind, welche durch eine Übertragungseinheit (2) jeweils mit einer Projektionsvorrichtung (3) für jedes Auge (4) gekoppelt sind. Diese Projektionsvorrichtungen sind in einer Halterung (5), die am Kopf (6) zu tragen ist, so integriert, daß die Fokussierung der Augen bei Kopf­ bewegungen zu den Projektionsvorrichtungen konstant bleibt. Weiterhin wird die Kopfbewegung der Steuerperson synchron auf die Kameras in dem Teleoperator übertragen (synchroner Blickrichtungswechsel).

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei definierten Blickrichtungen in die Bildübertragung Abbilder z. B. von Instrumenten realitätsecht eingespielt werden.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in die Halterung (5) der Projektionsvorrichtungen für jedes Auge jeweils eine Kamera integriert ist deren Bildsignale bei definierten Blickrichtungen in die Bildübertragung vom Teleopereator eingeblendet bzw. integriert werden.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeits­ platz des Steuernden als geschlossene Einheit konstruiert wird, damit Neigungswin­ kel und/oder Bewegungskräfte simultan vom Teleoperator auf diese Einheit simultan abstrahiert übertragen werden können.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Kameras (1) im Teleoperator jeweils ein Mikrophon (8) angebracht ist, welches über eine Sendeeinheit mit einem Stereokopfhörer (9) für die Steuerperson verbun­ den ist, wobei sich die Mikrophone mit diesen Kameras bewegen.