DE202012011015U1

DE202012011015U1 - Vorrichtung zum kombinierten Simulieren und Steuern ferngesteuerter Fahrzeuge

Info

Publication number: DE202012011015U1
Application number: DE201220011015
Authority: DE
Original assignee: Grenzebach Maschinenbau GmbH
Current assignee: Grenzebach Maschinenbau GmbH
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2022-11-17

Abstract

Vorrichtung zum kombinierten Simulieren und Steuern ferngesteuerter Fahrzeuge in einem Simulator, wobei eine dem zu steuernden Fahrzeug nachgebildete Fahrzeugkabine mit realen Bedienelementen mit einem 6 – achsigen Industrieroboter, der über eine Tragvorrichtung, die als Fahrwerk ausgebildet sein kann, mit dem Boden verbunden ist, und wobei zur Übermittlung einer simulierten Außenansicht ein den Konturen der Fahrzeugkabine nachgebildetes Display dient, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Merkmale aufweist, a) eine Empfangseinheit zum Empfang optischer Daten des zu steuernden Fahrzeugs b) eine Empfangseinheit zum Empfang akustischer Daten des zu steuernden Fahrzeugs, c) eine Sende- und Empfangseinheit zum bidirektionalen Übermitteln von bewegungsrelevanten Daten, d) eine Steuerungseinheit, die vom Benutzer des Simulators mechanisch erzeugte Signale, mittels mathematischer Modelle aufbereitet, an die Steuerungs-Organe des Fahrzeugs übermittelt, e) eine im Kopfbereich des Benutzers installierte Sensoreinheit zur Erfassung der Kopfposition, wobei deren Daten die auf dem Display angezeigte Blickrichtung und/oder die Bildperspektive...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kombinierten Simulieren und Steuern ferngesteuerter Fahrzeuge.
Flugsimulatoren oder Fahrzeugsimulatoren erhöhen die Sicherheit und verringern die Kosten der Ausbildung für einen echten Flug. Die Sicherheitsaspekte werden verbessert wenn unerfahrene Flugschüler fliegen lernen oder wenig erfahrene Piloten in Betriebsabläufe im Zusammenhang mit neuen Fahrzeugen oder neuen Techniken eingewiesen werden.
Aus der, auf die Anmelderin selbst zurückgehenden, DE 10 2010 035 814 B3 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines Flugsimulators mit besonderer Realitäts-Anmutung bekannt.
Der dort beschriebenen Vorrichtung, bzw. dem entsprechenden Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzustellen, mit dem der Betrieb eines Simulators mit besonderer Realitäts-Anmutung zum Erlernen der Beherrschung eines sich in der dreidimensionalen Realität bewegenden Fahrzeugs, insbesondere eines Fluggeräts, erreicht werden kann. Zudem soll auch für den, den Lernvorgang begleitenden, Lehrer die Möglichkeit bestehen, die Lernfortschritte und den Belastungsgrad seines Schülers objektiv überwachen zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem Patentanspruch 1 eine Vorrichtung zum Betrieb eines Simulators mit besonderer Realitäts-Anmutung zum Erlernen der Beherrschung eines sich in der dreidimensionalen Realität bewegenden Fahrzeugs, beansprucht, wobei eine dem zu simulierenden Fluggerät nachgebildete Fahrzeugkabine mit realen Bedienelementen mit einem 6 – achsigen Industrieroboter, der über eine Tragvorrichtung, die als Fahrwerk ausgebildet sein kann, mit dem Boden verbunden ist, und wobei zur Übermittlung einer simulierten Außenansicht ein den Konturen der Fahrzeugkabine nachgebildetes Display dient. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Merkmale aufweist:

a) die Fahrzeugkabine (4) ist zusätzlich zu der Verbindung mit dem 6 – achsigen – Industrieroboter (1) über eine Einrichtung (6) für translatorische Querbewegung, die auf einer Einrichtung (5) für translatorische Längsbewegung im rechten Winkel verfahrbar montiert ist, mit dem Boden verbunden, wobei kombinierte beschleunigte Bewegungen der beiden Einrichtungen (6, 5) ermöglicht werden, unabhängig von den Bewegungen des Industrieroboters (1),
b) das den Konturen der Fahrzeugkabine (4) nachgebildete Display ist auf der Basis der OLED-Technologie gefertigt,
c) zur Simulation von in der Praxis vorkommender Gefahrensituationen sind steuerbare Anlagen zur künstlichen Raucherzeugung (12), Rüttelbewegungen, Schallerzeugung und Lichterscheinungen (14) vorgesehen,
d) zur Erfassung von menschlichen Stressreaktionen sind steuerbare Anlagen zur Erfassung des Hautwiderstandes (10) und der Detektion von Personenbewegungen und der Physiognomie (16) vorgesehen,
e) einen Sensor (17) zur Erfassung der tatsächlichen Bewegungen der Fahrzeugkabine,
f) eine Anlage zur externen Bedienung und Steuerung des Simulators, die auch die Reaktionen eines Flugschülers registriert.

Weiter sind, ebenfalls aus dem Bestand der Anmelderin, aus der DE 10 2010 053 686 B3 ein autonomes Sicherheitssystem für die Benutzer von Fahrzeugsimulatoren oder Flugsimulatoren und ein Verfahren zur gefahrlosen Benutzung solcher Simulatoren bekannt. Diesen liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzustellen, mit denen, neben der Vermittlung betriebstechnischer Kenntnisse von Fahrzeugen oder Flugzeugen, auch die Sicherheit des Benutzers eines Fahrzeugsimulators bei einer technischen Störung oder einem Unfall im Vordergrund steht.
Im Patentanspruch 1 wird diesbezüglich beansprucht
Eine Autonomes Sicherheitssystem für die Benutzung von Fahrzeugsimulatoren oder Flugsimulatoren in der Form einer, mittels eines 6 – Achs – Roboters betätigten Simulations-Kanzel (3), mit den folgenden Merkmalen:

a) einem, nur für Zugangsberechtigte geöffneten, mehrfach an allen Ecken einer Sicherheitsabgrenzung (9) mittels Überwachungssensoren (11) abgesicherten, Zugangsbereich,
b) einer, auf einer Laufschiene (14) an jeden Ort des Operationsbereichs des Fahrzeugsimulators verfahrbaren Rettungseinheit (13), wobei diese eine Rettungsplattform (25), eine Reling (24) und eine Rettungsrutsche (26) aufweist,
c) einer im gesamten Operationsbereich installierten stoßabsorbierenden Oberfläche, wobei sich diese über den gesamten Operationsbereich der Kanzel (3) erstreckt,
d) einer aus mehreren Ebenen zusammengesetzten Projektionsfläche (33, 34)

Dennoch sind die, für den jeweiligen Simulationsbetrieb in die Fahrzeugkabine übermittelten, Betriebsdaten auch bei sehr realistischer Anmutung verschieden von den Betriebsdaten wie sie bei einem realen Betrieb eines Fahrzeugs auftreten. Denn ein realer Pilot erfasst mit seinen menschlichen Sinnen bewusst oder unbewusst weit mehr als normalerweise in einer Fahrzeugkabine simuliert wird. Besonders deutlich wird dies in den Fällen in denen autonome Flugkörper, so genannte Drohnen, von Piloten gesteuert werden, die tatsächlich echte Flugmanöver bewirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Simulation von Fahrzeugenbewegungen vorzustellen, mit denen sich, vor allem bei tatsächlich stattfindenden Fahrzeugbewegungen, für den jeweiligen Piloten der Grad der Realitäts-Anmutung deutlich erhöht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Benutzer des Simulators durch die Übermittlung von wichtigen Daten aus einem real sich bewegenden Fahrzeug in die Lage zu versetzen sich so zu fühlen als wäre er tatsächlich der Pilot des jeweiligen Fahrzeugs. Als Fahrzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung gelten alle Fahrzeuge die an Land, auf See und in der Luft gebräuchlich sind.
Im Folgenden wird die Erfindung näher beschrieben.
Da Luftfahrzeuge ersichtlich am schwierigsten zu steuern und in der Luft zu halten sind, wird die Erfindung am Beispiel von Luftfahrzeugen beschrieben. In zunehmendem Maß erobern unbemannte Luftfahrzeugssystem auch im zivilen Bereich den Luftraum. So sind solche Flugkörper sogar in der Endfassung des neuen Luftverkehrsgesetzes für Deutschland erwähnt. Diese, im militärischen Bereich meist Drohnen genannten Flugkörper, können Orte anfliegen, die der Mensch nur schwer erreicht und sind meist billiger und sicherer als Hubschrauber. Gegenüber Satelliten haben sie den Vorteil dass sie nicht nur bestimmte Orte direkt und näher anfliegen und untersuchen können, sondern dies auch mehrfach solange tun können bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist.
Die Traglast für gebräuchliche derartige Flugkörper ist jedoch beschränkt und deshalb deren Einsatzbereich noch etwas eingeschränkt.
Größere derartige unbemannte Luftfahrzeugsysteme würden jedoch derzeit noch einen Piloten erfordern dessen Gewicht jedoch wiederum negativ zu Buche schlägt. Abgesehen davon gibt es auch im zivilen Bereich Einsätze die den Verlust von Menschenleben zur Folge haben können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass schon vorhandene Flugsimulatoren, wie die in der Beschreibungseinleitung genannten, zusätzlich mit Einheiten versehen werden, die für den Empfang von Daten aus zu steuernden Fahrzeugen, beispielsweise von unbemannten Luftfahrzeugsystemen, ausgerüstet sind. Hierdurch wird der Benutzer eines solchen Simulators in die Lage versetzt, in nahezu Echtzeit, für die Steuerung eines Fahrzeugs in realer Bewegung benötigte Flugdaten zu erhalten. Um für eine solche aktive Steuerung jedoch notwendige Korrekturdaten an den zu steuernden Flugkörper zu senden ist zusätzlich vorgesehen, dass bewegungsrelevante Daten mittels einer im Bereich des Simulators angeordneten Sendestation quasi auf bidirektionalem Weg zu dem Flugkörper gesendet werden.
Solche bewegungsrelevante Daten werden mittels mechanischer Signale erzeugt die der Benutzer des Simulators mittels konventionell betätigter Pedale oder Sidesticks erzeugt, und die mittels geeigneter mathematischer Modelle, bzw. Operationen, aufbereitet an die Steuerungs-Organe des jeweiligen Fahrzeugs gesendet werden. In der rechtzeitigen und richtigen Erzeugung dieser Signale spiegelt sich die Erfahrung eines Simulator-Piloten ebenso wie eine gewisse, aus Erfahrung gewonnene, Intuition.
Die vom zu steuernden Fahrzeug gesendeten Daten die optischen, akustischen oder situationsbedingten Charakter haben, benötigen nur insofern eine bidirektionale Ausprägung als auf diesem Weg diese Art Daten in gewissen Abständen oder beständig angefordert werden.
Eine im Kopfbereich des Benutzers installierte Sensoreinheit ist zur Erfassung der Kopfposition vorgesehen, wobei deren Daten die auf dem Display oder der Projektionswand angezeigte Blickrichtung und/oder die Bildperspektive beeinflussen.
Die Steuerung der komplexen Bewegungsvorgänge und die Signalverarbeitung der verwendeten Sensoren erfordern ein spezielles Steuerungsprogramm
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010035814 B3 [0003]
DE 102010053686 B3 [0006]

Claims

Vorrichtung zum kombinierten Simulieren und Steuern ferngesteuerter Fahrzeuge in einem Simulator, wobei eine dem zu steuernden Fahrzeug nachgebildete Fahrzeugkabine mit realen Bedienelementen mit einem 6 – achsigen Industrieroboter, der über eine Tragvorrichtung, die als Fahrwerk ausgebildet sein kann, mit dem Boden verbunden ist, und wobei zur Übermittlung einer simulierten Außenansicht ein den Konturen der Fahrzeugkabine nachgebildetes Display dient, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Merkmale aufweist, a) eine Empfangseinheit zum Empfang optischer Daten des zu steuernden Fahrzeugs b) eine Empfangseinheit zum Empfang akustischer Daten des zu steuernden Fahrzeugs, c) eine Sende- und Empfangseinheit zum bidirektionalen Übermitteln von bewegungsrelevanten Daten, d) eine Steuerungseinheit, die vom Benutzer des Simulators mechanisch erzeugte Signale, mittels mathematischer Modelle aufbereitet, an die Steuerungs-Organe des Fahrzeugs übermittelt, e) eine im Kopfbereich des Benutzers installierte Sensoreinheit zur Erfassung der Kopfposition, wobei deren Daten die auf dem Display angezeigte Blickrichtung und/oder die Bildperspektive beeinflussen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung für Fahrzeuge zu Land, zur See und in der Luft verwendet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Empfangseinheit zum Empfang olfaktorischer und/oder geschmacksspezifischer Daten vorgesehen ist.