DE202016008670U1 - Haptische Fernsteuerung mit permanent erregtem Drehstromsynchronmotor - Google Patents

Haptische Fernsteuerung mit permanent erregtem Drehstromsynchronmotor Download PDF

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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, mittels des mindestens einen Stellantriebs (11) die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln, wobei der Verstellbereich (V) Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen definiert,
dadurch gekennzeichnet, dass
der mindestens eine Stellantrieb (11) mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotor (111, 112) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Fernsteuerung für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt.
  • 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 sowie eine Regelungseinheit, die ausgebildet und eingerichtet ist, mittels des mindestens einen Stellantriebs die Verstellposition des Bedienelements bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln, wobei der Verstellbereich Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen definiert.
  • 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.
  • 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 auch 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.
  • Ein Joystick mit der beschriebenen Force Feedback-Funktion ist beispielsweise aus der US 6,429,849 B1 bekannt. Demnach ist an einem Steuerknüppel ein Motor vorgesehen, welcher von einem Controller angesteuert wird, den Steuerknüppel entlang zweier Drehachsen mit entsprechenden Drehmomenten zu beaufschlagen.
  • Eine derartige Force Feedback-Funktion 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.
  • Die DE 10 2013 003 245 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Lehren des Steuerns eines fernsteuerbaren Modellgeräts mit mindestens einem beweglichen Bedienungselement, das mit jeweils mindestens einem Stellantrieb versehen ist, der durch Steuerbefehle zur Steuerung des Modellgeräts ebenfalls gleichzeitig zur Ansteuerung von Bewegungen des Bedienungselements ansteuerbar ist. Dabei sind die Bewegungen des Bedienungselements identisch zu jenen, die zur entsprechenden Steuerung des Modellgeräts von Hand auszuführen sind.
  • Ferner ist in der US 2007/0162192 A1 ein Trainingssystem für ferngesteuerte Fahrzeuge, insbesondere Flugzeuge wie z.B. Helikopter, beschrieben. Dabei verwendet eine Slave-Einheit von einer Master-Einheit übertragene Signale, um die Bewegungen der Steuereingabe an der Master-Einheit zu imitieren.
  • Ein in der DE 10 2010 037 820 A1 beschriebenes Trainersystem umfasst zwei Funkfernsteuersender, die miteinander über ein Trainerkabel verbunden sind, wobei das Trainerkabel eine Trainerfunkton unterstützt, um einen Trainermodus zuzulassen. Wenn der Trainermodus eingeschaltet ist, dient einer der zwei miteinander verbundenen Funkfernsteuersendern als Trainersender (d. h. als Funkfernsteuersender für den Lehrer oder Trainer) und der andere Funkfernsteuersender dient als Traineesender (d. h. als Funkfernsteuersender für einen Schüler oder Trainee). In Abhängigkeit von der Betätigung eines Trainerschalters kann der Trainersender zwischen einem aktiven Modus und einem passiven Modus umgeschaltet werden. In dem passiven Modus arbeitet das funkferngesteuerte Objekt in Antwort auf die manöverbezogenen Betätigung an dem Traineesender. Im Gegensatz dazu werden in dem aktiven Modus die Manövrierdaten, die der manöverbezogenen Betätigung an dem Trainersender entsprechen, als Manövriersignal an das funkferngesteuerte Objekt übertragen.
  • Die US 2013/0162419 A1 offenbart eine Force-Feedback-Vorrichtung, insbesondere in Form eines Joysticks, der eine multiaxiale Steuerschnittstelle für Spiele oder Fahrzeuge darstellt. Die Force-Feedback Vorrichtung umfasst eine Anzahl von Schrittmotoren zum Antreiben jeweils zugeordneter Force-Feedback-Mechanismen. Dabei ist jeder Schrittmotor jeweils an einen Force-Feedback-Anschluss einer Achsstange der Force-Feedback-Vorrichtung gekoppelt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kompakten und kostengünstigen Stellantrieb für eine Fernsteuerung für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt bereitzustellen, welcher ein besonders präzises und kraftvolles Einstellen einer Soll-Verstellposition eines Bedienelements der Fernsteuerung erlaubt, um eine gute haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen einer Instanz, wie z. B. von einer Fernsteuerung eines Modellfluglehrers, an einen Bediener der Fernsteuerung, zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Fernsteuerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Demnach ist bei einer Fernsteuerung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass der mindestens eine Stellantrieb mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotor (im Folgenden auch kurz als Drehstromsynchronmotor bezeichnet) umfasst.
  • Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass permanent erregte Drehstromsynchronmotoren, die häufig auch als bürstenlose Gleichstrommotoren bezeichnet werden, sich durch ihre kompakte Bauart, ihr geringes Gewicht, eine präzise und energieeffiziente Ansteuerbarkeit und den geringen Verschleiß im Betrieb besonders gut für den Einsatz in einem Stellantrieb einer haptischen Fernsteuerung der oben beschriebenen Art eignen.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor ein Außenläufermotor. Mit anderen Worten kann ein außenliegender Rotor des Drehstromsynchronmotors Permanentmagneten aufweisen und um einen innenliegenden Stator herum drehbar angeordnet sein. Auf diese Weise kann der permanent erregte Drehstromsynchronmotor konstruktiv speziell für die Erzeugung großer Drehmomente ausgelegt sein.
  • Das mindestens eine Bedienelement der Fernsteuerung ist bevorzugt starr mit einem Rotor des mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotors verbunden. Beispielsweise kann das Bedienelement starr mit einem außen laufenden Rotor verbunden und insbesondere auch direkt an dem Rotor befestigt sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der mindestens eine Stellantrieb einen ersten permanent erregten Drehstromsynchronmotor, der ausgebildet und angeordnet ist, eine Drehbewegung bezüglich einer ersten Drehachse zu erzeugen, sowie einen zweiten permanent erregten Drehstromsynchronmotor, welcher ausgebildet und angeordnet ist, eine Drehbewegung bezüglich einer zweiten Drehachse zu erzeugen. Dabei verläuft die zweite Drehachse vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Drehachse.
  • Auf diese Weise können der Stellantrieb und das Bedienelement ein Steueraggregat mit zwei angetriebenen Steuerachsen, entsprechend der ersten und der zweiten Drehachse, bilden. Für jede Steuerachse kann dabei von einer externen Instanz (z.B. von einer Lehrerfernsteuerung, einem Simulator, einer Telemetrieeinheit eines Modellflugzeugs etc.) eine anzusteuernde Soll-Verstellposition bereitgestellt werden. Der permanent erregte Drehstromsynchronmotor in der jeweiligen Drehachse und die zugehörige Regelungseinheit verstellen das Bedienelement, welches z.B. in Form eines Steuerknüppels ausgeführt ist, in dieser Drehachse auf die jeweils vorbestimmte Soll-Verstellposition.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist dabei das mindestens eine Bedienelement, welches z. B. in Form eines Steuerknüppels ausgeführt ist, starr mit einem Rotor des mindestens einen ersten permanent erregten Drehstromsynchronmotors verbunden, und ein Stator des mindestens einen ersten permanent erregten Drehstromsynchronmotors ist starr mit einem Rotor des mindestens einen zweiten permanent erregten Drehstromsynchronmotors verbunden. Der Steuerknüppel wird also z.B. direkt auf dem außen laufenden Rotor des für die Ansteuerung der ersten Drehachse (entsprechend einer ersten Steuerachse des Steuerknüppels) zuständigen ersten Drehstromsynchronmotors befestigt, wobei der Stator des ersten Drehstromsynchronmotors starr mit dem außen laufenden Rotor des für die Ansteuerung der zweiten Drehachse (entsprechend einer zweiten Steuerachse des Steuerknüppels) gekoppelt sein kann. Im Ergebnis bewegt sich der Steuerknüppel in seinen beiden Steuerachsen völlig synchron zu jedem mechanischen Winkelausschlag des jeweiligen Rotors des ersten Drehstromsynchronmotors bzw. des zweiten Drehstromsynchronmotors. Der auf diese Weise bewirkte Direktantrieb des Steuerknüppels in seinen beiden Steuerachsen durch die beiden Drehstromsynchronmotoren ermöglicht eine hochpräzise, völlig spielfreie und aufgrund der quasi nicht existenten Reibung (bis auf eine verschwindend geringe Reibung in den Stator-Kugellagern) nicht selbsthemmende Ansteuerung in der jeweiligen Steuerachse.
  • Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, dass der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor in einem quasistationären Betrieb betrieben werden kann, d.h., dass die Drehzahländerungen langsam im Vergleich zu den elektrischen Zeitkonstanten des Drehstromsynchronmotors sind. Beispielsweise kann der Drehstromsynchronmotor ein Spulensystem mit einer charakteristischen Zeitkonstante umfassen, welche sich als Quotient L/R aus einer Induktivität L und einem ohmschen Widerstand R des Spulensystems ergibt. In dem quasistationären Betrieb können die Drehzahländerungen des Drehstromsynchronmotors dann insbesondere langsam im Vergleich zu der charakteristischen Zeitkonstante L/R des Spulensystems sein.
  • Insbesondere kann der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor mindestens einen Stator mit einer Mehrzahl von Statorspulen umfassen, welche z.B. wenigstens einen Teil des vorgenannten Spulensystems bilden können. Die Regelungseinheit ist dabei vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, den mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotor mittels elektronischer Kommutierung der Statorspulen zu regeln. Hierfür kann die Regelungseinheit beispielsweise einen Stromrichter umfassen. Durch die elektronische Kommutierung der Statorspulen kann gezielt ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugt werden, welches den permanent erregten Rotor des Drehstromsynchronmotors antreibt.
  • Wenn die charakteristische Zeitkonstante des Spulensystems, wie vorstehend beschrieben, vergleichsweise klein ist, so kann dies für eine vereinfachte Ansteuerung des mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotors zum Verstellen des Bedienelements genutzt werden. In diesem Fall ist durch die Verzögerung beim Schalten der Spulen kein relevanter Effekt zu erwarten, wodurch die Strommessungen in den Spulen entfallen können, was den Hardwareaufwand reduziert und aufwendige Operationen (wie z. B. d/q-Transformationsberechnungen) entfallen können, was den Softwareaufwand reduziert. Damit kann die Ansteuerung des permanent erregten Drehstrommotors für einen sogenannten stationären oder quasistationären Betrieb ausgelegt sein, welcher ohne diese aufwendigen Operationen auskommt.
  • Weitere Einzelheiten der Regelung des mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotors mittels elektronischer Kommutierung sind weiter unten beschrieben.
  • Bei einer Ausführungsvariante umfasst der Stellantrieb mindestens einen Winkelsensor, nämlich z. B. einen Drehwinkelgeber, wobei der Winkelsensor zum Erfassen wenigstens einer Verstellposition in Form eines Verstellwinkels des mindestens einen Bedienelements ausgebildet und angeordnet ist. Insbesondere kann für jeden permanent erregten Drehstromsynchronmotor wenigstens ein Winkelsensor zum Erfassen einer Rotorposition, d.h. eines Verstellwinkels des Rotors des jeweiligen Drehstromsynchronmotors, vorgesehen sein. Mittels eines solchen Winkelsensors kann der aktuell anliegende Verstellwinkel des jeweiligen Bedienelements gemessen und sodann durch die Regelungseinheit mit der Soll-Verstellposition verglichen werden. Vorzugsweise ist ein derartiger Winkelsensor durch einen Microcontroller, der beispielsweise Teil der Regelungseinheit sein kann, auswertbar.
  • Beispielsweise kann der mindestens eine Winkelsensor einen Drehencoder aufweisen, dessen Impulse digital ausgewertet und in Winkelgraden umgerechnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Winkelsensor einen magnetischen Hall-Sensor und/oder ein herkömmliches Potentiometer umfassen, welches vom auslenkenden Rotor des Drehstromsynchronmotors mitgenommen wird und dessen Spannung nach Analog-Digital-Wandlung durch einen Microcontroller für die genaue Positionsregelung verwendet werden kann.
  • Der Winkelsensor kann nicht nur für die Regelung der Verstellposition des Bedienelements, z. B. im Falle des Nachfühlens der Steuerknüppelbewegungen eines Lehrers durch einen Schüler beim Training, sondern auch zum aktiven Steuern eines Flugmodells mittels einer haptischen Fernsteuerung verwendet werden. Kommt dabei ein Potentiometer als Winkelsensor zur Anwendung, so kann die abgegriffene Spannung z.B. auch dafür verwendet werden, die gerade gewünschte Steuerachsenposition für das zu steuernde Modellflugzeug zu ermitteln und per Funkstrecke an das Modellflugzeug zu übertragen.
  • Mit einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung lassen sich Fernsteuerbewegungen haptisch vermitteln, indem alle Verstellpositionen, in welche ein Bedienelement manuell verstellbar ist, auch automatisch, d.h. durch den Stellantrieb, gezielt und präzise 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.
  • Es ist aber 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.
  • 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.
  • 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, mittels des mindestens einen Stellantriebs je Bedienelement die Verstellposition des jeweiligen Bedienelements bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln. Dabei definiert der Verstellbereich Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen. Der mindestens eine Stellantrieb umfasst mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotor, wobei die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Fernsteuerung erläuterten Aspekte und Varianten auch im Rahmen der Fernsteuerungsattrappe Anwendung finden können. 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.
  • 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 permanent erregten Drehstromsynchronmotors, welcher einen Stellantrieb oder einen Teil davon 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.
  • 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 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. Die Sensoreinheit kann z. B. wenigstens einen Winkelsensor der vorstehend beschriebenen Art umfassen. Grundsätzlich kann eine aktuelle Verstellposition des Bedienelements z.B. auch 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Bei der erfindungsgemäßen Fernsteuerung bzw. Fernsteuerungsattrappe kann ferner vorgesehen sein, dass der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor mindestens einen Stator mit einer Mehrzahl von Statorspulen umfasst, wobei der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor durch die Regelungseinheit mittels elektronischer Kommutierung der Statorspulen geregelt wird. Dabei kann durch die elektronische Kommutierung der Statorspulen gezielt ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugt werden, welches einen permanent erregten Rotor des Drehstromsynchronmotors antreibt. Hierdurch lässt sich die Verstellposition des Bedienelements und/oder ein auf das Bedienelement wirkendes Drehmoment präzise und mit einem fein regulierbaren Drehmoment einstellen.
  • Die elektronische Kommutierung der Statorspulen des mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotors ist Bestandteil einer Regelung des Drehstromsynchronmotors und somit der Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements. Die Regelung kann z.B. einen oder mehrere PI- und/oder PID-Regler umfassen.
  • Dabei kann insbesondere eine Regelung zum Einsatz kommen, die bei vergleichsweise niedrigen Drehzahlen ein gutes Regelverhalten ermöglicht. Die verschiedenen Regelungsparameter können dabei so eingestellt werden, dass hinsichtlich Schwingungsarmut, Schnelligkeit und Positionsgenauigkeit des Bedienelements ein optimales Verhalten erzielt wird.
  • Bevorzugt wird der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor durch die Regelungseinheit mittels einer Kaskadenregelung geregelt, wobei die Kaskadenregelung insbesondere mindestens einen Stromregler, mindestens einen Geschwindigkeitsregler und mindestens einen Positionsregler umfassen kann. Es sind aber auch anderer Schachtelungen der verschiedenen Regler als in einer Kaskadenregelung denkbar.
  • Der Stromregler ist zur Erzeugung eines optimalen Drehmoments vorgesehen und kann beispielsweise als Vektorregler oder Direct-Torque-Regler ausgeführt sein. Der Geschwindigkeitsregler (auch v-Regler genannt) ist zur Erzeugung einer optimalen Drehgeschwindigkeit vorgesehen. Der Positionsregler (auch s-Regler genannt) ist zum optimalen Anfahren der Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements vorgesehen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist im Rahmen der Regelung die Regelgröße durch die Ströme in den Statorspulen gegeben. Die Führungsgröße ist die Soll-Verstellposition des Bedienelements (bzw. die entsprechende Soll-Rotorposition in der jeweiligen Steuerachse), und die Rückführgröße ist die aktuelle Verstellposition des Bedienelements (bzw. die aktuelle Rotorposition in der jeweiligen Steuerachse). Dabei können zum Erfassen der aktuellen Rotorposition ein oder mehrere Winkelsensoren der vorstehend beschriebenen Art eingesetzt werden.
  • Der Stromregler umfasst vozugsweise eine Vektorregelung. Mittels einer - beispielsweise microcontroller-basierten -Ansteuerung der Rotorspulen im Rahmen einer Vektorregelung lassen sich ein optimales Drehmoment sowie eine gute Energieeffizienz und Regelungsqualität erzielen.
  • Eine vollständige Vektorregelung erfordert normalerweise sowohl software- wie auch hardwareseitig einen relativ hohen Aufwand. So muss der Microcontroller für die korrekte Kommutierung während jeder elektrischen Umdrehung des Motors aufwendige mathematische Transformationen berechnen. Zusätzlich muss am Spulensystem des Motors eine Vorrichtung (z. B. in Form eines Shunts und geeigneter Operationsverstärker) zum Messen der zu jedem Zeitpunkt tatsächlich fließenden Ströme vorgesehen werden. Der Microcontroller muss hierbei über genügend Peripherie- und Rechenkapazität verfügen, um zahlreichen Transformationen, Analog-Digital-Wandelungen und Pulsweiten-Modulationen für die (gewöhnlich drei) Phasen des Motors mit ausreichend hoher Ansteuerfrequenz (z.B. 20kHz) und damit außerhalb des spür- bzw. hörbaren Bereichs ausführen zu können. Diese hohen Hardwareanforderungen wären insbesondere beim Antrieb gleich vierer Steuerachsen (und damit vierer unabhängiger permanent erregter Drehstromsynchronmotoren), wie sie normalerweise bei haptischen Fernsteuerungen erforderlich sind, unverhältnismäßig aufwendig, kostenintensiv und wenig energieeffizient.
  • Jedoch kann man sich bei einer haptischen Fernsteuerung bzw. Fernsteuerungsattrappe die vergleichsweise geringen Anforderungen an die Drehgeschwindigkeit des Bedienelementes, welche beispielsweise deutlich kleiner als 5 Umdrehungen pro Sekunde ist, für eine vereinfachte Ansteuerung zu Nutze machen. Die vereinfachte Ansteuerung geht von einer nur minimalen Abweichung des ansteuernden elektromagnetischen Winkels (z.B. in den Koordinaten U, V und W entsprechend der Bestromung der drei Strangspulen für jede Phase) von dem sich tatsächlich einstellenden elektromagnetischen Winkel, den die aktuellen Ströme in dem Spulensystem bilden, aus.
  • Dabei kann unter der Annahme eines stationären Betriebs, der einer konstanten Drehzahl entspricht, oder eines quasistationären Betriebs, bei welchem die Drehzahländerungen langsam im Vergleich zu der charakteristischen elektrischen Zeitkonstanten des Spulensystems ist, auf eine exakte Stromermittlung in den Statorspulen verzichtet werden. Somit kann die Vektorregelung beispielsweise gänzlich ohne d/q-Transformationen auskommen, und der Rechenaufwand des Stromreglers kann dementsprechend erheblich verringert werden. Durch den Wegfall aufwendiger d/q Transformationsberechnungen sowie die Einsparung von Strommessungen am Spulensystem können leistungsschwächere und kostengünstigere Microcontroller verwendet und zusätzliche Beschaltungstechnik eingespart werden. Außerdem kann eine Ansteuerungssoftware der Regelungseinheit einfacher und damit kostengünstiger entworfen und gewartet werden.
  • Die Regelungseinheit kann ausgebildet sein, den mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotor derart zu regeln, dass eine an einem Rotor des permanent erregten Drehstromsynchronmotors angreifende Kraft stets im Wesentlichen senkrecht zu einem magnetischen Flussvektor des Rotors ausgerichtet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass Betrag und Richtung der angreifenden Kraft durch einen Positionsregler bestimmt werden. Darüber hinaus können zur Veränderung des dynamischen Verhaltens weitere Regler integriert werden, wie z. B. ein Geschwindigkeitsregler.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein System für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen wie vorstehend beschrieben, wobei die Instanz ausgebildet ist, in einem ersten Schritt die zweiten Steuersignale bereitzustellen, 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.
  • Ferner sind die zweiten Steuersignale in einem zweiten Schritt von der Instanz an das haptische Bediengerät übermittelbar. 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.
  • Die Regelungseinheit ist ausgebildet, in einem dritten Schritt mittels des mindestens einen Stellantriebs des haptischen Bediengeräts die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements des haptischen Bediengeräts in Abhängigkeit der zweiten Steuersignale zu regeln. 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 einer Variante des Systems 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.
  • Es kann ferner vorgesehen sein, dass das mindestens eine Bedienelement von dem mindestens einen Stellantrieb zum Verstellen der Verstellposition mit einer umso größeren Kraft und/oder mit einem umso größeren Drehmoment beaufschlagt wird, 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.
  • Auf diese Weise kann das Bedienelement, z. B. ein Steuerknüppel, nicht starr sondern bis zu einem gewissen Maße „weich“ und flexibel in die Soll-Verstellposition gefahren werden. Wenn beispielsweise ein an der haptischen Fernsteuerung trainierender Schüler der einer Bewegung der Soll-Verstellposition nicht schnell genug folgen kann und damit beabsichtigt oder unfreiwillig das Bedienelement mit einem manuelles Gegendrehmoment (bzw. einer manuelle Gegenkraft) beaufschlagt, tritt kein Blockieren der gar eine mechanische Überlastung des Stellantriebs auf. Vielmehr bietet der Stellantrieb dem Schüler nur ein fühlbares Korrekturdrehmoment hin zur Soll-Verstellposition an, welches in seiner Größe mit dem Abstand der aktuellen Verstellposition zur Soll-Verstellposition korreliert.
  • 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.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Kopplungsstärke einer haptischen Kopplung zwischen einer ersten Fernsteuerung und einer zweiten Fernsteuerung 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 beide Fernsteuerungen eingestellt werden.
  • Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanken soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
    • 1A eine schematische Ansicht einer Fernsteuerung in einer ersten Variante;
    • 1B eine schematische Ansicht einer Fernsteuerung in einer zweiten Variante;
    • 1C eine schematische Ansicht einer Fernsteuerungsattrappe;
    • 2 eine schematische Ansicht eines Systems für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen in einer ersten Variante;
    • 3 eine schematische Ansicht eines Systems für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen in einer zweiten Variante;
    • 4 eine schematische Ansicht eines Systems für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen in einer dritten Variante;
    • 5 eine schematische Ansicht eines Systems für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen in einer vierten Variante;
    • 6 eine schematische Ansicht eines Stellantriebs und einer Regelungseinheit für eine Fernsteuerung;
    • 7 eine Innenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Fernsteuerung;
    • 8 eine vergrößerte Ansicht eines Stellantriebs der Fernsteuerung aus 7; und
    • 9A-9I verschiedene Ansichten von Teilen eines Stellantriebs für eine Fernsteuerung.
  • Die 1A und 1B zeigen eine Fernsteuerung 1 für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt 5 in einer ersten und zweiten Variante. Beispielsweise können die gezeigten Ausführungsbeispiele Fernsteuerungen 1 für ein Modellflugzeug oder einen Modellhubschrauber verwirklichen. Die Fernsteuerungen 1 können aber auch z. B. zum Fernsteuern von anderen unbemannten Landfahrzeugen, Wasserfahrzeugen und/oder Luftfahrzeugen vorgesehen und eingerichtet sein.
  • Die dargestellten Fernsteuerungen 1 weisen Bedienelemente 10 auf, welche hier beispielhaft als zwei Steuerknüppel 10 nach Art einer Modellflugfernsteuerung dargestellt sind. Ein Bediener B der Fernsteuerung 1 kann die Bedienelemente 10 manuell zwischen mehreren möglichen Verstellpositionen verstellen (das manuelle Einwirken auf die Bedienelemente ist hier mit einem dünnen Pfeil von dem Bediener B zu den Bedienelementen 10 symbolisiert). Dabei werden durch die Bedienelemente 10 und gegebenenfalls einen Mikrocontroller erste Steuersignale S1 zum Steuern der Bewegung des Objekts 5 erzeugt und auf einen ersten Signalausgang 16 gegeben. Der erste Signalausgang 16 kann beispielsweise eine Sendeeinheit, z. B. das Hochfrequenzteil einer herkömmlichen Modellflugfernsteuerung, umfassen. In anderen Ausführungsformen kann der erste Signalausgang 16 auch eine Kabelbuchse zur drahtgebundenen Ausgabe der ersten Steuersignale S1 umfassen.
  • Ein Verstellbereich V definiert Grenzen der manuellen Verstellbarkeit der Bedienelemente 10. Vorliegend lassen sich die Steuerknüppel innerhalb eines bestimmten Radius (entsprechend den jeweils äußeren gestrichelten Kreisen um das Bedienelement 10 der 1A-1C) kontinuierlich verstellen, wobei der Radius den Verstellbereich V festlegt.
  • An der Fernsteuerung 1 ist ferner ein Stellantrieb 11 vorgesehen, wobei der Stellantrieb 11 ausgebildet ist, die Bedienelemente 10 mit einer Kraft F und/oder einem Drehmoment zu beaufschlagen und es infolgedessen innerhalb des Verstellbereichs V zu verstellen. Der Stellantrieb 11 ist als elektromechanische Einheit ausgebildet, die mehrere permanent erregte Drehstrommotoren 111, 112 umfasst. Beispiele für die konkrete Ausgestaltung des Stellantriebs 11 sind weiter unten mit Bezug auf die 6 bis 9I erläutert.
  • Das automatische Verstellen eines Bedienelements 10 durch den Stellantrieb 11 ist für den Bediener an dem Bedienelement 10 haptisch wahrnehmbar, d.h. fühlbar. Dieses haptische Wahrnehmen der automatischen Verstellbewegungen der Bedienelemente 10 ist in den 1A-1C mit einem dicken Pfeil von den Bedienelementen 10 zum Bediener B symbolisiert.
  • Eine Regelungseinheit 13 der Fernsteuerung 1 ist ausgebildet und eingerichtet, den Stellantrieb 11 zu steuern und dadurch die Verstellpositionen der Bedienelemente 10 jeweils bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln. Dabei definiert der Verstellbereich V Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen, d.h., jede beliebige Verstellposition innerhalb des Verstellbereichs V ist mittels der Regelungseinheit 13 anfahrbar. Die Regelungseinheit 13 kann beispielsweise einen Mikrocontroller umfassen. Beispielsweise kann die Regelungseinheit 13 ausgebildet sein, im Rahmen der Regelung der Verstellposition eines Bedienelements 10, sowohl kraftbezogene Steuersignale SF als auch positionsbezogene Steuersignale SP an den Stellantrieb 11 zu übermitteln. Dabei sollen unter den kraftbezogenen Steuersignalen SF ggf. auch Steuersignale verstanden werden, welche sich auf ein Drehmoment des Stellantriebs 11 beziehen. Im Rahmen der Regelung kann z. B. ein Feedbackkanal SR vorgesehen sein, über welchen Messsignale bezüglich einer aktuellen Verstellposition des Bedienelements 10 zurück an einen Mikrocontroller der Regelungseinheit übermittelbar sind.
  • Im Ausführungsbeispiel empfängt die Regelungseinheit 13 zweite Steuersignale S2 von einem Signaleingang 12 der Fernsteuerung 1. Dabei kann die Regelungseinheit 13 aus den zweiten Steuersignale S2 Soll-Verstellpositionen für die Bedienelemente 10 ableiten und entsprechende Steuersignale SF, SP zur Regelung der Verstellpositionen eines Bedienelements 10 an den Stellantrieb 11 übermitteln.
  • Die zweiten Steuersignale S2 können beispielsweise von einer Instanz 32 außerhalb der Fernsteuerung 1 an den Signaleingang 12 übermittelt werden. In einer solchen Konstellation kann die Fernsteuerung 1 ein haptisches Bediengerät 31 in einem System 3 für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen verwirklichen.
  • Die Instanz 32, welche die zweiten Steuersignale S2 bereitstellt, kann zum Beispiel eine weitere erfindungsgemäße Fernsteuerung 1 sein, die in 1B schematisch dargestellt ist. Demnach ist an einer Fernsteuerung 1, wie sie mit Bezug auf 1A erläutert worden ist, eine Sensoreinheit 15 zum Erfassen der Verstellposition, in welcher sich ein Bedienelement 10 befindet, sowie zum Übersetzen der erfassten Verstellposition in zweite Steuersignale S2 vorgesehen. Beispielsweise kann die Sensoreinheit 15 ein oder mehrere Potenziometer, magnetische Sensoren und/oder optische Sensoren aufweisen, welche eine aktuelle Verstellposition der Bedienelemente 10 erfassen können. Dabei ist auch denkbar, dass die erfassten Verstellpositionen zugleich für die Erzeugung der ersten Steuersignale S1 verwendet werden. Das Übersetzen der erfassten Verstellpositionen in die zweiten Steuersignale S2 kann z. B. durch einen Mikrocontroller der Sensoreinheit 15 vorgenommen werden.
  • Die zweiten Steuersignale S2 können über einen zweiten Signalausgang 14, der an der Fernsteuerung 1 gemäß der 1B vorgesehen ist, ausgegeben werden. Von dem zweiten Signalausgang 14 sind die zweiten Steuersignale S2 drahtlos oder drahtgebunden an ein haptisches Bediengerät 31, wie zum Beispiel eine Fernsteuerung 1 nach 1A, übermittelbar.
  • Der zweite Signalausgang 14 kann dabei beispielsweise eine Kabelbuchse oder eine Sendeeinheit, z. B. ein Hochfrequenzteil, umfassen. Beispielsweise kann bei einer Fernsteuerung 1 für ein Modellflugzeug 5 zur Übermittlung der zweiten Steuersignalen S2 eine zweite, von einer Funkübertragung erster Steuersignale S1 zu einem Modellflugzeug 5 unabhängige Funkstrecke vorgesehen sein. Mit den zweiten Steuersignalen S2 müssen nicht bereits von einem Controller umgerechnete Kanalwerte für die einzelnen Servos des Modellflugzeugs 5, sondern z.B. die originalen Verstellpositionen der Steuerknüppel 10 übertragen werden.
  • Insoweit der zweite Signalausgang 14 beispielsweise eine Sendeeinheit für die zweiten Steuersignale in Form eines Hochfrequenzteils umfassen kann und somit zum Übersetzen der durch die Sensoreinheit 15 erfassten Verstellpositionen in zweite Steuersignale S2 (als Funksignale) vorgesehen ist, kann der zweite Signalausgang 14 auch als ein Teil der Sensoreinheit 15 verstanden werden oder mit diesem gemeinsame Komponenten aufweisen.
  • In Abhängigkeit der übermittelten zweiten Steuersignale S2 kann dann die Verstellposition mindestens eines Bedienelements 10 des haptischen Bediengeräts 31 geregelt werden.
  • Dabei kann auch eine weitere Fernsteuerung 1 gemäß der 1B im Rahmen eines erfindungsgemäßen Systems 3 als haptisches Bediengerät dienen, welches beispielsweise einerseits über den Signaleingang 12 zweite Steuersignale S2 empfängt und andererseits (andere) zweite Steuersignale S2 über den zweiten Signalausgang 14 abgibt und an ein weiteres haptisches Bediengerät 31 übermittelt.
  • Das haptische Bediengerät 31 kann in einer Variante auch durch eine Fernsteuerungsattrappe 7 gemäß der 1C verwirklicht sein. Diese unterscheidet sich von einer Fernsteuerung 1 gemäß der 1A dadurch, dass sie nicht zum Erzeugen erster Steuersignale S1 zum Fernsteuern eines beweglichen Objekts 5 ausgebildet ist. Eine solche Fernsteuerungsattrappe 7 kann beispielsweise zu Trainingszwecken für einen Modellflugschüler als Bediener B vorgesehen sein, der damit Fernsteuerbewegungen eines Modellfluglehrers nachfühlen kann.
  • Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Bedienelemente 10 an der Fernsteuerungsattrappe 7 der 1C überhaupt nicht manuell, sondern nur automatisch durch den mindestens einen Stellantrieb 11 verstellbar sind.
  • Im Gegensatz hierzu kann bei Fernsteuerungen 1 nach 1A und 1B das Bedienelement 10 unter den überlagerten Wirkungen des Stellantriebs 11 einerseits und einer manuellen Betätigung durch den Bediener B andererseits verstellbar sein. Dabei können die Kraft F und/oder das Drehmoment M, mit welchem der Stellantrieb 11 das Bedienelement 10 beaufschlagt, mittels der Regelungseinheit 13 begrenzt werden. In einer Variante können dabei die Grenzen der Kraft 11 und/oder des Drehmoments mittels der Regelungseinheit 13, beispielsweise über einen Drehregler, variabel einstellbar sein.
  • Im Folgenden werden anhand der 2 bis 5 verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems 3 für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen beschrieben, wobei die zuvor beschriebenen Fernsteuerungen 1 bzw. Fernsteuerungsattrappen 7 gemäß der 1A bis 1C als haptische Bediengeräte 31 verwendet werden können.
  • In der 2 ist ein System 3 für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen in einer ersten Variante schematisch dargestellt. Bei dem dargestellten System 3 dient eine erste Fernsteuerung 1-1 eines ersten Bedieners B1 als Instanz 32, welche einer zweiten Fernsteuerung 1-2 als einem haptischen Bediengerät 31 zweite Steuersignale S2-2 bereitstellt. Dabei sind in den zweiten Steuersignalen S2-2 Verstellpositionen von Bedienelementen 10 der ersten Fernsteuerung 1-1 kodiert. Die zweiten Steuersignale S2-2 werden beispielsweise per Funk an die zweite Fernsteuerung 1-2 übermittelt, und die Verstellpositionen von Bedienelementen 10 der zweiten Fernsteuerung 1-2 werden bezüglich der mit den zweiten Steuersignalen S2-2 übermittelten Soll-Verstellpositionen geregelt.
  • Umgekehrt können in ganz analoger Weise von der zweiten Fernsteuerung 1-2 zweite Steuersignale S2-1 für die Regelung der Verstellpositionen der Bedienelemente 10 der ersten Fernsteuerung 1-1 bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann eine gegenseitige Kopplung der Bedienelemente 10 der ersten Fernsteuerung 1-1 und der zweiten Fernsteuerung 1-2 verwirklicht werden.
  • Dieses Ausführungsbeispiel geht von dem Gedanken aus, beispielsweise einem Modellflugschüler B2 über die Bedienelemente 10 seiner zweiten Fernsteuerung 1-2 ein haptisches Feedback, welches von einem Modellfluglehrer B1 mit dessen erster Fernsteuerung 1-1 erzeugt wird, zu vermitteln. Zu diesem Zweck kann mit dem dargestellten System 3 dem Modellflugschüler B2 insbesondere ein vollständiges Abbild der Bedienelemente 10 der ersten Fernsteuerung 1-1 des Modellfluglehrers B1 haptisch übermittelt werden.
  • Das erfindungsgemäße System 3 realisiert eine Kopplung zwischen den Bedienelementen der ersten Fernsteuerung 1-1 des Modellfluglehrer B1 einerseits und der zweiten Fernsteuerung 1-2 des Modellflugschülers B2 andererseits, die analog zu der Kopplung der Steuerhörner Pilot und Copilot in der manntragenden Fliegerei zu verstehen ist. Dabei können sowohl Pilot als auch Copilot das Flugzeug fliegen, und beide können jederzeit fühlen, was der andere macht, sodass sie bei Problemen schnell eingreifen könnten.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Kopplungsstärke der Kopplung mittels der Regelungseinheiten 13 nach Bedarf variabel einstellbar ist. Die Kopplungsstärke kann beispielsweise in einem Bereich von Null bis zu einer maximalen Kopplungsstärke einstellbar sein, wobei die maximale Kopplungsstärke z. B. einer im Wesentlichen starren Kopplung zwischen den Bedienelementen 10 der ersten Fernsteuerung 1-1 und der zweiten Fernsteuerung 1-2 entsprechen kann.
  • In der beispielhaften Ausführungsform der 2 ist die erste Fernsteuerung 1-1 des Modellfluglehrers B1 per Funk an das Modellflugzeug 5 gekoppelt. Somit hat der Modellfluglehrer B1 die Hauptverantwortung für das korrekte Steuern des Modellflugzeugs 5 inne.
  • Wenn der Modellfluglehrer B1 nun seine Steuerknüppel 10 verstellt, so werden deren Verstellpositionen einerseits zur Steuerung des Modellflugzeugs 5 in einem Controller in erste Steuersignale S1, welche z. B. Servosignale umfassen, verrechnet und über den ersten Signalausgang 16 (vergleiche 1B) an das Modellflugzeug 5 gefunkt. Andererseits werden die Verstellpositionen der Steuerknüppel 10 durch die Sensoreinheit 15 erfasst und über den zweiten Signalausgang 14 als zweite Steuersignale S2-2 an den Signaleingang 12 der zweiten Fernsteuerung 1-2 des Modellflugschülers B2 gesendet.
  • An der zweiten Fernsteuerung 1-2 werden die empfangenen zweiten Steuersignale S2-2 durch die Regelungseinheit 13 in Soll-Verstellpositionen für die Regelung der Steuerknüppel 10 umgerechnet. Der Stellantrieb 11 wird von der Regelungseinheit 13 mit entsprechenden Eingangssignalen SP, SF bezüglich einer Kraft, eines Drehmoments und/oder einer Position versorgt. Im Ergebnis führt die Regelung durch die Regelungseinheit 13 und den Stellantrieb 11 zu einer elektromotorischen Bedienung der Steuerknüppel 10, wobei die Steuerknüppel 10 ohne manuelle Beeinflussung von außen in ihren beiden Achsen jeweils präzise diejenige Verstellposition einnehmen, die einer Verstellposition des entsprechenden Steuerknüppels 10 an der ersten Fernsteuerung 1-1 entspricht. Dies ermöglicht dem Modellflugschüler B2 ein Nachfühlen der Fernsteuerbewegungen des Modellfluglehrers B1.
  • Da die beschriebene Kopplung in beide Richtungen verwirklicht ist, kann auch der Modellflugschüler B2 die Steuerknüppel 10 seiner zweiten Fernsteuerung 1-2 manuell bedienen, wobei deren Verstellpositionen in Form von zweiten Steuersignale S2-1 an die erste Fernsteuerung 1-1 des Modellfluglehrers B1 übermittelt werden. Wenn der Modellfluglehrer B1 nun z. B. seine Steuerknüppel 10 loslässt und keine manuelle Kraft gegen die Stellkraft F (oder ein Stelldrehmoment M) des Stellantriebs 11 aufbringt, so nehmen seine Steuerknüppel 10 die Verstellposition der Steuerknüppel 10 der zweiten Fernsteuerung 1-2 des Modellflugschülers B2 ein. In diesem Fall wird die erste Fernsteuerung 1-1 des Modellfluglehrers B1 durch den Modellflugschüler B2 „ferngesteuert“, wobei der Modellflugschüler B2 das Modellflugzeug 5 transitiv über die erste Fernsteuerung 1-1 steuert.
  • 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 5 letztlich maßgeblichen, Steuerknüppeln 10 entsprechend korrigieren. Der Modellfluglehrer B1 muss hierbei manuell die Stellkraft F des Stellantrieb 11 überwinden, wobei vorgesehen sein kann, dass er eine maximale Stellkraft und/oder ein maximales Drehmoment des Stellantriebs 11 über ein weiteres Bedienelement der ersten Fernsteuerung 1-1 (z. B. über ein Drehpotentiometer oder einen Schieberegler) variabel einstellen kann.
  • Infolge dieses manuellen Eingreifens durch den Modellfluglehrer B1 kann der Stellantrieb 11 der ersten Fernsteuerung 1-1 nicht die vom Modellflugschüler B2 vorgegebene Verstellposition der Steuerknüppel 10 anfahren, und die Steuerknüppel 10 der ersten Fernsteuerung 1-1 erreichen die für die Rettung des Modellflugzeug 5 erforderlichen Verstellpositionen entsprechend den Vorgaben des Modellfluglehrers B1.
  • Der Modellflugschüler B2 fühlt dabei die durch die Korrektur des Modellfluglehrers B1 hervorgerufene Stellkraft F seines Stellantriebs 11 über die Steuerknüppel 10 seiner zweiten Fernsteuerung 1-2. Dadurch bekommt der Modellflugschüler B2 eine sofortige Rückmeldung über seinen Steuerfehler und fühlt insbesondere auch genau die anzustrebende korrekte Position des Steuerknüppels 10. Dabei hat auch der Modellflugschüler B2 die Möglichkeit, an seiner zweiten Fernsteuerung 1-2 eine maximale Stellkraft und/oder in maximales Drehmoment des Stellantriebs 11 einzustellen. Je nach Trainingsfortschritt und Anwendung (z. B. langsamer Segelflieger, schneller und harter Kunstflug, Helikopter-3-D-Flug etc.) können hierbei unterschiedliche Einstellungen sinnvoll sein.
  • Falls der Modellflugschüler B2 die Korrektur des Modellfluglehrers B1 ignoriert und mit seiner manuellen Stellkraft entgegen dem Stellantrieb 11 wirkt, hat dies für das Modellflugzeug 5 keine Konsequenzen, da für das Fernsteuern des Modellflugzeug 5 ja letztlich nur die erste Fernsteuerung 1-1 des Modellfluglehrer B1 maßgeblich ist. Die Verstellpositionen der Steuerknüppel der zweiten Fernsteuerung 1-2 werden in diesem Fall also von dem Modellflugzeug 5 ignoriert.
  • Die 3 zeigt eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Systems 3 für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen. Dabei ist ein haptisches Bediengerät 31 eines zweiten Bedieners B2 mit einem Computer 320 verbunden, auf welchem ein Modellsimulator ausgeführt wird. Das haptische Bediengerät 31 kann beispielsweise eine Fernsteuerung 1 gemäß den 1A-1B oder eine Fernsteuerungsattrappe 7 nach 1C sein. Der Modellsimulator simuliert die Bewegung eines virtuellen beweglichen Objekts 5, beispielsweise eines Hubschraubers 5. In 3 ist auf dem Bildschirm des Computers 320 zusätzlich zu dem virtuellen Objekt 5 eine virtuelle Fernsteuerung zu sehen, wie sie häufig bei Modellsimulatoren vorkommt.
  • Der Computer 320 stellt im Rahmen des Systems 3 eine Instanz 32 für das haptische Bediengerät 31 dar, indem er über einen Signaleingang 12 des haptischen Bediengeräts 31 zweite Steuersignale S2 für die Regelung der Verstellpositionen der Bedienelemente 10 bereitstellt.
  • In einem herkömmlichen Betriebsmodus eines Modellsimulators verstellt der zweite Bediener B2 die Steuerknüppel 10 seiner Fernsteuerung 1. Die Verstellpositionen der Steuerknüppel 10 werden über einen ersten Signalausgang 16 als erste Steuersignale S1 an den Computer 320 übermittelt. Im Rahmen des Modellsimulators werden die ersten Steuersignale S1 in entsprechende Verstellpositionen der auf dem Monitor abgebildeten virtuellen Fernsteuerung sowie in eine Steuerung der Bewegung des virtuellen Objekts 5 umgesetzt.
  • Das erfindungsgemäße System 3 ermöglicht einen neuen Betriebsmodus, in welchem der zweite Bediener B2 eine von einem erfahrenen Piloten und dritten Bediener B3 bereits zuvor eingesteuerte und in einer Datenbank 322 des Computers 320 abgespeicherte Flugsequenz (z. B. ein besonders schwieriges Flugmanöver) in den Modellsimulator laden kann. Dabei kann das Hochladen der Flugsequenz auch beispielsweise über eine Internetplattform erfolgen. Wenn der zweite Bediener B2 auf der Ebene des Modellsimulators die geladene Flugsequenz startet, werden die Steuerknüppel 10 seines haptischen Bediengeräts 31 präzise nach den abgespeicherten Vorgaben der Flugsequenz bewegt. Dies kann, insbesondere in Verbindung mit anderen abgespeicherten Parametern, wie einem Modelltyp, simulierten Windverhältnissen etc., zu einer realistischen Erfahrung der Fernsteuerbewegungen des virtuellen Objekts 5 führen. Dieses Playback der gespeicherten Flugsequenz wird von der virtuellen Fernsteuerung in Form von zweiten Steuersignalen S2 an den Signaleingang 12 des haptischen Bediengeräts 31 gesendet und führt dort über die Regelungseinheit 13 zur Ansteuerung des Stellantriebs 11 und letztlich der Bedienelemente 10. Somit kann der zweite Bediener B2 die korrekte Auslenkung der Steuerknüppel 10 für die schwierige Flugsequenz ergänzend zur visuellen Wahrnehmung der virtuellen Fernsteuerung an den Steuerknüppeln 10 haptisch nachvollziehen.
  • Denkbar sind dabei auch Mischformen der beiden beschriebenen Betriebsmodi, bei denen der zweite Bediener B2 einerseits die Möglichkeit hat, das virtuelle Objekt 5 selbst manuell zu steuern, andererseits aber noch über das haptische Feedback der virtuellen Fernsteuerung sanft geführt wird. So kennt die virtuelle Fernsteuerung aufgrund der Flugsequenz-Datenbank 322 den optimalen Steuerungsablauf und kann diesen mit den manuellen Fernsteuerbewegungen des zweiten Bedieners B2 vergleichen. Wenn die Abweichungen von den optimalen Fernsteuerbewegungen zu groß werden, kann mit dem Stellantrieb 11 eine entsprechende Gegenkraft F und/oder ein entsprechendes Gegendrehmoment M auf die Steuerknüppel 10 des haptischen Bediengeräts 31 erzeugt werden.
  • 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 5 gezeigt wird und auf der rechten Bildschirmhälfte das manuell von dem zweiten Bediener B2 gesteuerte virtuelle Objekt 5. Zusätzlich zu den Abweichungen in den Bewegungen der beiden virtuellen Objekte 5 können dabei auch die Abweichungen der Verstellpositionen der Steuerknüppel 10 der virtuellen Fernsteuerung einerseits und des haptischen Bediengeräts 31 andererseits grafisch animiert und am Ende des simulierten Fluges ausgewertet werden. Ein Integral über die Abweichungen der Verstellpositionen über die Dauer des simulierten Fluges wäre ein erster Anhaltspunkt für die Ausführungsqualität und den Lernerfolg des Modellflugschülers B2.
  • Gemäß einer weiteren Variante des Ausführungsbeispiels der 3 können zwei Modellsimulationen mit ihren jeweiligen Bedienern (beispielsweise ein erster Bediener B1 als Modellfluglehrer und ein zweiter Bediener B2 als Modellflugschüler) live und zeitsynchron über das Internet 321 gekoppelt sein. Dieses Modellfluglehrer/Modellflugschüler-Szenario ist analog zu dem mit Bezug auf 2 beschriebenen zu verstehen, allerdings mit dem Vorteil der völligen Orts- und Wetterunabhängigkeit der beiden Bediener B1, B2.
  • Die beiden haptischen Bediengeräte 31 sind hierbei nicht per Funk oder Kabel miteinander verbunden sondern jeweils über einen Modellsimulator, der auf einem Computer 320 ausgeführt wird, wobei die Computer 320 wiederum über das Internet 321 miteinander gekoppelt sind. Obwohl es sich physisch um zwei verschiedene Fernsteuerungen 1 des ersten Bedieners B1 und des zweiten Bedieners B2 handelt, bleibt durch die Kopplung nur noch eine logische virtuelle Fernsteuerung sowie ein logisches virtuelles Objekt 5 übrig, welches beide Bediener B1, B2 sehen und fernsteuern können.
  • Der Bediener B1 kann dabei als Modellfluglehrer dominant die virtuelle Fernsteuerung mit seinem haptischen Bediengerät 31 ansteuern, was wiederum zum Steuern des virtuellen Objekts 5 führt. Beispielsweise per Headset-Kommunikation kann der erste Bediener B1 dem zweiten Bediener B2 das Kommando geben, die Fernsteuerung zu übernehmen (ganz wie Pilot und Copilot im Cockpit einer manntragenden Maschine per Helm-Mikrofon und Kopfhörer kommunizieren). Der zweite Bediener B2 kann daraufhin die einzige logische virtuelle Fernsteuerung und darüber das virtuelle Objekt 5 steuern. Dabei werden die Verstellpositionen der Steuerknüppel der virtuellen Fernsteuerung über das Internet 321 zum haptischen Bediengerät 31 des ersten Bedieners B1 gesendet und bewirken dort eine entsprechende Auslenkung der Steuerknüppel 10.
  • Die 4 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Systems 3 für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen. Dabei können gleichzeitig viele Zuschauer (sowohl reale als auch virtuelle über das Internet 321) eine Modellflugvorführung eines Wettbewerbs- bzw. Showpiloten haptisch nachfühlen und dementsprechend „live“ miterleben.
  • Ein Showpilot steuert in diesem Ausführungsbeispiel als erster Bediener B1 ein reales Modellflugzeug 5. Dabei werden die Steuerknüppelbewegungen und damit die zum Fernsteuern des Modellflugzeugs 5 erforderlichen Steuersignale S2 an haptische Bediengeräte 31 realer, bei der Flugveranstaltung anwesender Zuschauer B2 übertragen. In Abhängigkeit der zweiten Steuersignale S2 werden die Steuerknüppel 10 der haptischen Bediengeräte 31, welche beispielsweise als Fernsteuerungen 1 oder Fernsteuerungsattrappen 7 verwirklicht sein können bewegt, wodurch für die Zuschauer B2 ein Nachfühlen des Showfluges ermöglicht wird.
  • Zusätzlich zu den realen Zuschauern B2 vor Ort kann das zweite Steuersignal S2 des Show- bzw. Wettbewerbspiloten auch über eine Internetplattform 321 an eine interessierte weltweite Community übertragen werden. Virtuelle Zuschauer B2 können dann beispielsweise mittels einer auf ihrem Heim-PC 320 zu installierenden Software und eines an den Heim-PC 320 anzuschließenden haptischen Bediengeräts 31 den Showflug „live“ oder aber auch zeitversetzt nachfühlen und miterleben. Die hierzu erforderlichen Bildsowie Steuersignale S2 müssen dabei von der Internetplattform 321 zeitsynchron, z. B. mittels eines Streaming-Verfahrens, übertragen werden. Die zu installierende Software auf dem Heim PC 320 dekodiert aus dem Stream dann wieder die zur Ansteuerung des haptischen Bediengeräts 31 notwendigen Eingangssignale S2
  • Eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Systems 3 ist in 5 schematisch dargestellt. Dabei steuert ein Bediener B mit einer Fernsteuerung 1, die ein haptisches Bediengerät 31 verwirklicht, ein reales fernsteuerbares Objekt 5, wie zum Beispiel einen Modellhubschrauber. An dem Objekt 5 ist eine Telemetrieeinheit 51 angeordnet, welche mit einer Telemetriesensorik 510 aktuelle Betriebsdaten wie eine Flughöhe, eine Fluggeschwindigkeit, eine Rotordrehzahl, eine Akkukapazität etc. erfassen und über einen Telemetriesender 511 an die Fernsteuerung 1 des Bedieners B funken kann. Konventionell werden derartige Telemetriedaten einem Bediener B visuell oder per Sprache vermittelt.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Fernsteuerung 1 des Bedieners B und die Telemetrieeinheit 51 des Objekts 5 ein erfindungsgemäßes System 3 verwirklichen, wobei das Objekt 5 mit der Telemetrieeinheit 51 eine Instanz 32 für die Fernsteuerung 1 als haptisches Bediengerät 31 darstellt.
  • Der Bediener B steuert das fernsteuerbarer Objekt 5 über die Steuerknüppel 10 seiner Fernsteuerung 1. Dabei werden die ersten Steuerungssignale S1 über den ersten Signalausgang 16 an einen Empfänger 52 des fernsteuerbaren Objekts 5 gefunkt. In der Folge werden die erste Steuersignale S1 in Bewegungen einzelner Servos (Rudermaschinen) 53 des fernsteuerbaren Objekts 5 umgesetzt, welche letztlich das Objekt 5 physisch steuern.
  • Basierend auf bestimmten Flugzuständen bzw. Flugbedingungen (zum Beispiel eine zu geringe Rotordrehzahl, zu geringe Höhe, zu geringe Akkukapazität etc.) kann die Telemetriesensorik 510 Alarm geben und den Telemetriesender 511 veranlassen, zweite Steuersignale S2 an den Signaleingang 12 des haptischen Bediengeräts 31 zu senden, um damit entweder Flugzustandsschalter 10 automatisch und zeitnah zu (de)aktivieren oder Steuerknüppel 10 in bestimmte Verstellpositionen zu bringen. Beispielsweise kann auf diese Weise mit einem Flugzustandsschalter 10 automatisch eine andere Rotordrehzahl eines Modellhubschraubers 5 ausgewählt werden. Im Falle eines Modellflugzeugs 5 kann z. B. ein drohender Strömungsabriss („Stall“ aufgrund zu geringer Anströmgeschwindigkeit oder zu hohen Anstellwinkels einer Tragfläche) ein rettendes „Drücken“ des Höhenruder-Knüppels bewirken.
  • Dabei muss der Bediener B nicht tatenlos zuschauen Eine automatische Steuerknüppelposition wird vielmehr nur dann von der Stelleinheit 11 angefahren, wenn er nicht genügend manuelle Haltkräfte oder Haltedrehmomente aufbringt, um gegen eine einstellbare Maximalkraft bzw. ein einstellbares Maximaldrehmoment des Stellantriebes 11 halten zu können. In jedem Fall kann der Bediener B die Vorgaberichtung der automatischen Korrektur durch die Telemetrieeinheit 51 des fernsteuerbaren Objektes 5 spüren.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 3 ist im Zusammenhang mit einer Multikopter-Drohne denkbar, welche autark per GPS vorgegebene Positionen (sogenannte „Waypoints“) abfliegt. Wenn ein Bediener B einen solchen autonomen Flugmodus startet, können mit einem erfindungsgemäßen System 3 die von einem Flight Computer der Multikopter-Drohne 5 errechneten Steuerimpulse (zum Erreichen der Waypoints) über einen Telemetriesender 511 der Multikopter-Drohne 5 an ein haptisches Bediengerät 31 des Bedieners B gesendet werden, sodass die Steuerknüppel 10 des haptischen Bediengeräts 31 wie bei einem Autopiloten gesteuert werden. Es ist dabei auch ein Szenario denkbar, in welchem keine Betätigung eines Schalters mehr zum Verlassen des Autopilotenmodus erforderlich ist, sondern der Bediener B, beispielsweise in einem Notfall, lediglich in die Steuerknüppel 10 greifen muss, um wieder die Kontrolle über die Multikopter-Drohne 5 zu übernehmen. Eine Abweichung der Verstellpositionen der Steuerknüppel 10 des haptischen Bediengeräts 31 von den durch den Flight Computer errechneten optimalen Verstellpositionen kann dabei als Indikator für das Verlassen des Autopiloten-Modus verwendet werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann bei einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung 1 durch die vorgesehene Regelungseinheit 13 in Verbindung mit dem Stellantrieb 11 eine manuelle Betätigung eines Steuerknüppels 10 zum Ausführen präziser Steuerknüppelbewegungen („Stickmoves“) unterstützt und erleichtert werden.
  • Herkömmliche 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 10 einnimmt). Ferner weisen die vier Quadranten-Bedienflächen eines herkömmlichen Steuerknüppels 10 im Allgemeinen im Vergleich zu den orthogonalen Steuerachsen unterschiedliche Rückstellkräfte auf. So fällt eine Bewegung entlang der Hauptachsen („hoch“, „runter“, „links“, „rechts“) einem Bediener leichter als eine diagonale Bewegung. Der Grund hierfür sind die Anzahl und Kennlinien der jeweils beteiligten Rückstellfedern. Deshalb ist es beispielsweise sehr schwer mit dem Steuerknüppel eine saubere Kreisbahn zu beschreiben.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung 1 können Stellantriebe 11 die Kennlinien der Rückstellfedern nach individuellen Vorgaben überlagern. Möglich ist z. B., jeder Position des Steuerknüppels einen Wert für eine gewünschte Rückstellkraft F in Richtung eines frei wählbaren Zentrierpunktes vorzugeben. Haben beispielsweise in der Folge die Punkte einer Kreisbahn um den mittigen Zentrierpunkt herum gleichmäßig die Rückstellkraft Null, ist ein Bewegen des Steuerknüppels 10 auf dieser rückstellkraftlosen Kreisbahn innerhalb des Verstellbereichs V ohne viel Übung möglich.
  • Wenn also ein Bediener die haptische Fernsteuerung 1 nicht zum Trainieren und Erfühlen korrekter Steuerbewegungen nutzen, sondern sie im herkömmlichen Sinne zum tatsächlichen Steuern eines eigenen Flugmodells 5 einsetzen will, so muss der Stellantrieb 11 nunmehr die zum Steuern erforderlichen Mittenzentrierungskräfte (Rückstellfederkräfte) sowie evtl. Rastenkräfte (z. B. zur Steuerung des Gaskanals, Schubkraft einer Modelldüse etc.) auf den einzelnen Steuerachsen A1, A2 elektromechanisch „simulieren“. Die bei herkömmlichen Fernsteuerungen bekannten mechanischen Rückstellfedern können somit in der Konstruktion gänzlich entfallen.
  • Grundsätzlich können die mechanischen Rückstellfedern demnach komplett durch die Regelungseinheit 13 und den Stellantrieb 11, z. B. elektromotorisch, nachgebildet und demzufolge bei der Konstruktion einer Fernsteuerung 1 eingespart werden. Es kann jedoch aus Sicherheitsgründen vorteilhaft sein, mechanische Rückstellfedern dennoch beizubehalten, so dass beim Ausfall eines Stellantriebs 11 immer noch ein Zentrieren des Steuerknüppels 10 auf mechanischem Weg erfolgt.
  • Ferner ist beispielsweise die Erzeugung einer gleich großen Rückstellkraft F in allen Richtungen möglich. Zudem kann ein unerwünschtes gedämpftes Schwingen des Steuerknüppels 10 um die Zentrierposition herum beim schlagartigen Loslassen aus einer weiten Auslenkung vermieden werden. Zusammenfassend sind mittels der Regelungseinheit 13 und des Stellantriebs 11 situations- und zustandsbedingt die Wirkung und Eigenschaften eines Steuerknüppels 10 modifizierbar. Auf diese Weise sind z.B. auch frei definierbare Feder- und Rastenkraftverläufe realisierbar. Hierfür kann eine entsprechende Software für die Regelungseinheit 13 bereitgestellt und ggf. angepasst werden.
  • Die 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Stellantriebs 11 und einer Regelungseinheit 13 für eine haptische Fernsteuerung 1 oder für eine Fernsteuerungsattrappe 7 der vorstehend beschriebenen Art. Der Stellantrieb einen ersten permanent erregten Drehstromsynchronmotor 111 zum Erzeugen einer Drehbewegung bezüglich einer ersten Drehachse A1 und einen zweiten permanent erregten Drehstromsynchronmotor 112 zum Erzeugen einer Drehbewegung bezüglich einer zweiten Drehachse A2, welche in einem Winkel von 90° zu der ersten Drehachse A1 verläuft. Auf diese Weise bilden der Stellantrieb 11 und ein daran angeordnetes Bedienelement 10 in Form eines Steuerknüppels ein Steueraggregat mit zwei angetriebenen Steuerachsen, entsprechend der ersten Drehachse A1 und der zweiten Drehachse A2. Für jede Steuerachse A1, A2 des Steuerknüppels 10 kann dabei z.B. im Rahmen eines Systems zur haptischen Vermittlung von Fernsteuerbewegungen, wie vorstehend beschrieben, von einer externen Instanz 32 (z.B. von einer Lehrerfernsteuerung 1, einem Simulator 320, einer Telemetrieeinheit 51 eines Modellflugzeugs 5 etc.) eine anzusteuernden Soll-Verstellposition bereitgestellt werden. Mittels der Regelungseinheit 13 und dem permanent erregten Drehstromsynchronmotor 111, 112 in der jeweiligen Drehachse A1, A2 wird der Steuerknüppel 10 sodann in dieser Steuerachse A1, A2 auf die jeweils vorbestimmte Soll-Verstellposition verstellt.
  • Die permanent erregten Drehstromsynchronmotoren 111, 112 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Außenläufermotoren ausgeführt, d.h. ein außenliegender Rotor 1111, 1121 des jeweiligen Drehstromsynchronmotors 111, 112, umfasst einen oder mehrere Permanentmagneten und ist dabei um einen innenliegenden Stator 1112, 1122 und um die jeweilige Drehachse A1, A2 herum angeordnet. Die Statoren 1112, 1122 sind jeweils in einem Endbereich des Drehstrommotors nach außen geführt. Durch ihre konstruktive Ausführung als Außenläufer sind die permanent erregten Drehstromsynchronmotoren 111, 112 besonders gut für einen kraftvollen und ggf. vergleichsweise langsamen Betrieb (d.h. für große Drehmomente und niedrige Drehzahlen) geeignet.
  • Jeder Stator 1112, 1122 umfasst mehrere (nicht dargestellte) Statorspulen. Insbesondere können jeweils drei Statorspulen, d.h. eine Statorspule für jede Phase eines dreiphasigen Drehstroms, vorgesehen sein. Die Drehstromsynchronmotoren 111, 112 können dabei durch die Regelungseinheit 13 mittels elektronischer Kommutierung der Statorspulen geregelt werden. Zu diesem Zweck kann die Regelungseinheit 13 beispielsweise wenigstens einen Microcontroller und wenigstens einen Stromrichter umfassen, welche im Rahmen einer Regelung entsprechende Steuersignale SP, SF in Form von Strömen und/oder Spannungen für jede Statorspule erzeugen und bereitstellen.
  • Bevorzugt werden dabei die Drehstromsynchronmotoren 111, 112 durch die Regelungseinheit 13 mittels einer Kaskadenregelung aus einem Stromregler, einem Geschwindigkeitsregler und einem Positionsregler geregelt. Dabei kann der Stromregler beispielsweise auf ein Vektorregelungsverfahren zurückgreifen. Im Rahmen der Regelung ist die Regelgröße durch die Ströme in den Statorspulen gegeben. Die Führungsgröße ist die Soll-Verstellposition des Steuerknüppels 10 (bzw. die entsprechende Soll-Rotorposition in der jeweiligen Steuerachse A1, A2), und die Rückführgröße ist die aktuelle Verstellposition des Steuerknüppels 10 (bzw. die aktuelle Rotorposition in der jeweiligen Steuerachse A1, A2). Dabei sind zum Erfassen der aktuellen Rotorpositionen Winkelsensoren 150 vorgesehen, die beispielsweise jeweils einen Drehwinkelgeber mit einem Drehencoder umfassen können. Über einen Feedbackkanäle SR können die gemessenen Rotorpositionen als Rückführgröße zurück an einen Mikrocontroller der Regelungseinheit 13 übermittelt werden.
  • Der Steuerknüppel 10 ist direkt auf dem außen laufenden Rotor 1111 des für die Ansteuerung der ersten Drehachse A1 (entsprechend einer ersten Steuerachse des Steuerknüppels 10) zuständigen ersten Drehstromsynchronmotors 111 befestigt. Dabei ist der Stator 1112 des ersten Drehstromsynchronmotors 111 über ein Verbindungsstück 115 starr mit dem außen laufenden Rotor 1121 des für die Ansteuerung der zweiten Drehachse A2 (entsprechend einer zweiten Steuerachse des Steuerknüppels 10) gekoppelt. Ein zwischengeschaltetes Getriebe ist nicht vorgesehen. Hierdurch bewegt sich der Steuerknüppel 10 in seinen beiden Steuerachsen A1, A2 völlig synchron zu jedem mechanischen Winkelausschlag des jeweiligen Rotors 1111.1121 des ersten Drehstromsynchronmotors 111 bzw. des zweiten Drehstromsynchronmotors 112. Der auf diese Weise bewirkte Direktantrieb des Steuerknüppels 10 in seinen beiden Steuerachsen A1, A2 durch die beiden Drehstromsynchronmotoren 111. 112 ermöglichst eine hochpräzise, völlig spielfreie und aufgrund der quasi nicht existenten Reibung (bis auf eine verschwindend geringe Reibung in den Stator-Kugellagern) nicht selbsthemmende Ansteuerung in der jeweiligen Steuerachse A1, A2.
  • Die 7 zeigt eine Innenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Fernsteuerung 1, die zwei Steueraggregate der vorstehend beschriebenen Art umfasst. Jedes Steueraggregat umfasst einen innerhalb eines Gehäuses der Fernsteuerung 1 angeordneten Stellantrieb 11 und ein (nicht dargestelltes) Bedienelement 10, welches aus dem Gehäuse herausgeführt ist. Dabei sind die beiden Steueraggregate an bzw. in dem Gehäuse beidseitig und achsensymmetrisch zueinander angeordnet.
  • Die 8 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Steueraggregats der Fernsteuerung 1 aus 7, in welcher auch der Steuerknüppel 10 zu sehen ist.
  • Weitere Einzelheiten des Steueraggregats und insbesondere des Stellantriebs 11 aus den 7 und 8 sind in den 9A bis 9I illustriert: In 9A sind die beiden permanent erregten Drehstromsynchronmotoren 111, 112 dargestellt, deren Drehachsen A1, A2 in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Jeder Drehstromsynchronmotor 111, 112 weist einen außen laufenden permanent erregten Rotor 1111, 1121 sowie einen innen liegenden (und nur in einem Endbereich nach außen geführten) Stator 1112, 1122 auf.
  • Die 9B zeigt ein Verbindungsstück 115 zum Herstellen einer mechanischen Verbindung zwischen dem ersten Drehstromsynchronmotor 111 und dem zweiten Drehstromsynchronmotor 112. Das Verbindungsstück 115 weist zwei Verbindungsabschnitte 1151, 1152 mit jeweils einem hohlzylindrischen Seitenabschnitt und einem im Wesentlichen flachen, kreisförmigen Deckelabschnitt auf. Die Verbindungsabschnitte 1151, 1152 sind dabei in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Dabei ist der erste Verbindungsabschnitt 1151 zur Befestigung an dem Stator 1112 des ersten Drehstromsynchronmotors 111 vorgesehen, und der zweite Verbindungsabschnitt 1152 ist zur Befestigung an dem Rotor 1121 des zweiten Drehstromsynchronmotors 112 vorgesehen. Die 9C zeigt die auf diese Weise mittels des Verbindungsstücks 115 aneinander gekoppelten Drehstromsynchronsynchronmotoren 111, 112.
  • In 9D ist ein Rotoraufsatz 116 dargestellt, der, wie in 9E gezeigt, an dem Rotor 1111 des ersten Drehstromsynchronmotors 111 befestigbar ist. Der Rotoraufsatz 116 dient zur Übertragung der Drehbewegungen beider Drehstromsynchronmotoren 111, 112 auf den Steuerknüppel 10. Hierzu ist ferner ein Abdeckelement 117 vorgesehen, welches, wie in 9F illustriert, in Form einer Kugelflächen-Polkappe ausgebildet ist und auf dem Rotoraufsatz 116 befestigt werden kann. Das Abdeckelement 117 weist mittig ein Schraubgewinde auf, in welches der Steuerknüppel 10 eingeschraubt werden kann.
  • Die 9G zeigt einen Halterahmen 118, an welchem die Drehstromsynchronmotoren 111, 112 angeordnet werden können. Dies ist in der 9E illustriert. Der Halterahmen 118 ist zur Befestigung an einer Innenseite des Gehäuses der Fernsteuerung 1 (vgl. 7) ausgebildet.
  • In 9I ist schließlich ein fertig montiertes Steueraggregat dargestellt, wobei der Steuerknüppel 10 auf das Abdeckelement 117, welches sich teilweise durch eine kreisförmige Öffnung in dem Halterahmen 118 hindurch erstreckt, aufgeschraubt ist.
  • Die vorstehend mit Bezug auf die 9A-9I beschriebenen weiteren Teile des Steueraggregats, nämlich insbesondere das Verbindungsstück 115, der Rotoraufsatz 116, das Abdeckelement 117 und/oder der Halterahmen 118 können beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein, wobei z.B. ein Spritzgussverfahren zum Einsatz kommen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fernsteuerung
    1-1
    Erste Fernsteuerung
    1-2
    Zweite Fernsteuerung
    10
    Bedienelement
    11
    Stellantrieb
    111
    Erster permanent erregter Drehstromsynchronmotor
    1111
    Rotor des ersten Drehstromsynchronmotors
    1112
    Stator des ersten Drehstromsynchronmotors
    112
    Zweiter permanent erregter Drehstromsynchronmotor
    1121
    Rotor des zweiten Drehstromsynchronmotors
    1122
    Stator des zweiten Drehstromsynchronmotors
    115
    Verbindungsstück
    1151
    Erster Verbindungsabschnitt
    1152
    Zweiter Verbindungsabschnitt
    116
    Rotoraufsatz
    117
    Abdeckelement
    118
    Halterahmen
    12
    Signaleingang
    13
    Regelungseinheit
    14
    Zweiter Signalausgang
    15
    Sensoreinheit
    150
    Winkelsensor
    16
    Erster Signalausgang
    3
    System
    31
    Haptisches Bediengerät
    32
    Instanz
    320
    Computer
    321
    Server / Internet
    322
    Datenbank
    5
    Objekt
    51
    Telemetrieeinheit
    510
    Telemetriesensorik
    511
    Telemetriesender
    52
    Empfänger
    53
    Servo
    7
    Fernsteuerungsattrappe
    B
    Bediener
    B1
    Erster Bediener
    B2
    Zweiter Bediener
    B3
    Dritter Bediener
    F
    Kraft
    M
    Drehmoment
    S1
    Erste Steuersignale
    S2
    Zweite Steuersignale
    S2-1
    Zweite Steuersignale für die erste Fernsteuerung
    S2-2
    Zweite Steuersignale für die zweite Fernsteuerung
    SF
    Kraftbezogene Steuersignale
    SP
    Positionsbezogenen Steuersignale
    SR
    Feedbackkanal
    V
    Verstellbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6429849 B1 [0005]
    • DE 102013003245 A1 [0007]
    • US 2007/0162192 A1 [0008]
    • DE 102010037820 A1 [0009]
    • US 2013/0162419 A1 [0010]

Claims (35)

  1. 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, mittels des mindestens einen Stellantriebs (11) die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln, wobei der Verstellbereich (V) Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stellantrieb (11) mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotor (111, 112) umfasst.
  2. Fernsteuerung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor (111, 112) ein Außenläufermotor ist.
  3. Fernsteuerung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bedienelement (10) starr mit einem Rotor des mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111) verbunden ist.
  4. Fernsteuerung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stellantrieb (11) - einen ersten permanent erregten Drehstromsynchronmotor (111), der ausgebildet und angeordnet ist, eine Drehbewegung bezüglich einer ersten Drehachse (A1) zu erzeugen, und - einen zweiten permanent erregten Drehstromsynchronmotor (112), der ausgebildet und angeordnet ist, eine Drehbewegung bezüglich einer zweiten Drehachse (A2) zu erzeugen, umfasst.
  5. Fernsteuerung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehachse (A2) im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Drehachse (A1) verläuft.
  6. Fernsteuerung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bedienelement (10) starr mit einem Rotor (1111) des mindestens einen ersten permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111) verbunden ist, und dass ein Stator (1112) des mindestens einen ersten permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111) starr mit einem Rotor (1121) des mindestens einen zweiten permanent erregten Drehstromsynchronmotors (112) verbunden ist.
  7. Fernsteuerung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor (111, 112) ein Spulensystem umfasst, welches in einem quasistationären Betrieb betrieben werden kann.
  8. Fernsteuerung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor (111, 112) mindestens einen Stator (1112, 1122) mit einer Mehrzahl von Statorspulen umfasst und dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotor (111, 112) mittels elektronischer Kommutierung der Statorspulen zu regeln.
  9. Fernsteuerung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regelung des permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111, 112) durch die Regelungseinheit (13) - eine Regelgröße durch die Ströme in den Statorspulen gegeben ist, - eine Führungsgröße durch mindestens eine Soll-Verstellposition des Bedienelements (10), insbesondere in Form einer entsprechenden Soll-Rotorposition des permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111, 112), gegeben ist, und - eine Rückführgröße durch eine aktuelle Verstellposition des Bedienelements (10), insbesondere in Form einer aktuellen Rotorposition des permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111, 112), gegeben ist.
  10. Fernsteuerung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotor (111, 112) mittels einer Kaskadenregelung zu regeln, welche mindestens einen Stromregler, mindestens einen Geschwindigkeitsregler und mindestens einen Positionsregler umfasst.
  11. Fernsteuerung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotor (111, 112) derart zu regeln, dass eine an einem Rotor (1111, 1121) des permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111, 112) angreifende Kraft stets im Wesentlichen senkrecht zu einem magnetischen Flussvektor des Rotors (1111, 1121) ausgerichtet ist.
  12. Fernsteuerung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet und eingerichtet ist, Betrag und Richtung der angreifenden Kraft durch einen Positionsregler zu bestimmen.
  13. Fernsteuerung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet und eingerichtet ist, die Regelung des mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111, 112) ohne eine Messung von Strömen in den Statorspulen auszuführen.
  14. Fernsteuerung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet ist, eine Kraft (F) und/oder ein Drehmoment (M), mit welcher bzw. welchem der Stellantrieb (11) das Bedienelement (10) bei der Regelung von dessen Verstellposition beaufschlagen kann, zu begrenzen, wobei Grenzen der Kraft (F) und/oder des Drehmoments (M) variabel einstellbar sind.
  15. Fernsteuerung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet ist, die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) derart zu regeln, dass 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.
  16. Fernsteuerung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - eine Sensoreinheit (15) zum Erfassen der Verstellposition, in welcher sich das mindestens eine Bedienelement (10) befindet, sowie zum Übersetzen der erfassten Verstellposition in zweite Steuersignale (S2, S2-1, S2-2), und - einen zweiten Signalausgang (14) zur Ausgabe der zweiten Steuersignale (S2, S2-1, S2-2).
  17. Fernsteuerungsattrappe (7) nach Art einer Modellfernsteuerung mit - mindestens zwei Bedienelementen (10), welche als Steuerknüppel ausgebildet sind und wie die Steuerknüppel einer Modellfernsteuerung zwischen mehreren Verstellpositionen innerhalb eines Verstellbereichs (V) verstellbar sind, - mindestens einem Stellantrieb (11) je Bedienelement (10), wobei der Stellantrieb (11) ausgebildet und eingerichtet ist, das jeweilige Bedienelement (10) zwischen den Verstellpositionen zu verstellen, und - mindestens einer Regelungseinheit (13), die ausgebildet und eingerichtet ist, mittels des mindestens einen Stellantriebs (11) je Bedienelement (10) die Verstellposition des jeweiligen Bedienelements (10) bezüglich einer jeweiligen Soll-Verstellposition zu regeln, wobei der Verstellbereich (V) Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stellantrieb (11) je Bedienelement (10) mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotor (111, 112) umfasst.
  18. Fernsteuerungsattrappe (7) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor (111, 112) ein Außenläufermotor ist.
  19. Fernsteuerungsattrappe (7) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Bedienelemente (10) starr mit einem Rotor des jeweils zugehörigen mindestens einen permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111) verbunden ist.
  20. Fernsteuerungsattrappe (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Stellantrieb (11) je Bedienelement (10) - einen ersten permanent erregten Drehstromsynchronmotor (111), der ausgebildet und angeordnet ist, eine Drehbewegung bezüglich einer ersten Drehachse (A1) zu erzeugen, und - einen zweiten permanent erregten Drehstromsynchronmotor (112), der ausgebildet und angeordnet ist, eine Drehbewegung bezüglich einer zweiten Drehachse (A2) zu erzeugen, umfasst.
  21. Fernsteuerungsattrappe (7) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehachse (A2) im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Drehachse (A1) verläuft.
  22. Fernsteuerungsattrappe (7) nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Bedienelemente (10) starr mit einem Rotor (1111) des jeweils zugehörigen mindestens einen ersten permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111) verbunden ist, und dass ein Stator (1112) des zugehörigen mindestens einen ersten permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111) starr mit einem Rotor (1121) des zugehörigen mindestens einen zweiten permanent erregten Drehstromsynchronmotors (112) verbunden ist.
  23. Fernsteuerungsattrappe (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor (111, 112) je Bedienelement (10) jeweils ein Spulensystem umfasst, welches in einem quasistationären Betrieb betrieben werden kann.
  24. Fernsteuerungsattrappe (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine permanent erregte Drehstromsynchronmotor (111, 112) je Bedienelement (10) jeweils mindestens einen Stator (1112, 1122) mit einer Mehrzahl von Statorspulen umfasst und dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet und eingerichtet ist, die permanent erregten Drehstromsynchronmotoren (111, 112) mittels elektronischer Kommutierung der Statorspulen zu regeln.
  25. Fernsteuerungsattrappe (7) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regelung der permanent erregten Drehstromsynchronmotoren (111, 112) durch die Regelungseinheit (13) - eine Regelgröße durch die Ströme in den jeweiligen Statorspulen gegeben ist, - eine Führungsgröße durch mindestens eine Soll-Verstellposition des jeweiligen Bedienelements (10), insbesondere in Form einer entsprechenden Soll-Rotorposition des jeweiligen permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111, 112), gegeben ist, und - eine Rückführgröße durch eine aktuelle Verstellposition des jeweiligen Bedienelements (10), insbesondere in Form einer aktuellen Rotorposition des jeweiligen permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111, 112), gegeben ist.
  26. Fernsteuerungsattrappe (7) nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet und eingerichtet ist, die permanent erregten Drehstromsynchronmotoren (111, 112) jeweils mittels einer Kaskadenregelung zu regeln, welche mindestens einen Stromregler, mindestens einen Geschwindigkeitsregler und mindestens einen Positionsregler umfasst.
  27. Fernsteuerungsattrappe (7) nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet und eingerichtet ist, die permanent erregten Drehstromsynchronmotoren (111, 112) derart zu regeln, dass eine an einem Rotor (1111, 1121) des jeweiligen permanent erregten Drehstromsynchronmotors (111, 112) angreifende Kraft stets im Wesentlichen senkrecht zu einem magnetischen Flussvektor des Rotors (1111, 1121) ausgerichtet ist.
  28. Fernsteuerungsattrappe (7) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet und eingerichtet ist, Betrag und Richtung der angreifenden Kraft durch einen Positionsregler zu bestimmen.
  29. Fernsteuerungsattrappe (7) nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet und eingerichtet ist, die Regelung der permanent erregten Drehstromsynchronmotoren (111, 112) ohne eine Messung von Strömen in den Statorspulen auszuführen.
  30. Fernsteuerungsattrappe (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet ist, eine Kraft (F) und/oder ein Drehmoment (M), mit welcher bzw. welchem der mindestens eine Stellantrieb (11) je Bedienelement (10) das zugehörige Bedienelement (10) bei der Regelung von dessen Verstellposition beaufschlagen kann, zu begrenzen, wobei Grenzen der Kraft (F) und/oder des Drehmoments (M) variabel einstellbar sind.
  31. Fernsteuerungsattrappe (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit (13) ausgebildet ist, die Verstellposition der Bedienelemente (10) derart zu regeln, dass das jeweilige Bedienelement (10) von dem zugehörigen 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 jeweiligen Bedienelements (10) von der jeweiligen Soll-Verstellposition abweicht.
  32. System (3) für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen, mit - mindestens einem haptischen Bediengerät (31), umfassend - eine Fernsteuerung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, und/oder - eine Fernsteuerungsattrappe (7) nach einem der Ansprüche 17 bis 31, und - mindestens einer Instanz (32) zum Bereitstellen zweiter Steuersignale (S2, S2-1, S2-2), aus denen eine Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) des mindestens einen haptischen Bediengeräts (31) ableitbar ist, wobei die zweiten Steuersignale (S2, S2-1, S2-2) von der mindestens einen Instanz (32) an die mindestens eine Regelungseinheit (13) des mindestens einen haptischen Bediengeräts (31) übermittelbar sind.
  33. System (3) nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Regelungseinheit (13) ausgebildet und eingerichtet ist, die Regelung der Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) derart auszuführen, dass bei einer Abweichung zwischen der Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) und der jeweiligen Soll-Verstellposition das mindestens eine Bedienelement (10) durch den zugehörigen mindestens einen Stellantrieb (11) mit einer umso größeren Kraft (F) und/oder mit einem umso größeren Drehmoment (M) beaufschlagt wird, je größer eine Kopplungsstärke für das mindestens eine Bedienelement (10) gewählt wird, wobei die Kopplungsstärke an dem mindestens einen haptischen Bediengerät (31) und/oder an der mindestens einen Instanz (32) variabel einstellbar ist.
  34. System (3) nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Instanz (32) einen Computer (320) und/oder einen Server (321), insbesondere mit einer auf dem Computer (320) und/oder dem Server (321) installierten Modellsimulationssoftware, umfasst.
  35. System (3) nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei Fernsteuerungen (1-1, 1-2) nach Anspruch 16 umfasst, wobei - einerseits eine erste Fernsteuerung (1-1) als eine erste Instanz (32-1) für eine zweite Fernsteuerung (1-2) als ein erstes haptisches Bediengerät (31-1) vorgesehen ist, wobei die Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) der zweiten Fernsteuerung einer tatsächlichen Verstellposition eines entsprechenden Bedienelements (10) der ersten Fernsteuerung (1-1) entspricht, und - andererseits die zweite Fernsteuerung (1-2) als eine zweite Instanz (32-2) für die erste Fernsteuerung (1-1) als ein zweites haptisches Bediengerät (31-2) verwendet wird, wobei die Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) der ersten Fernsteuerung (1-1) einer tatsächlichen Verstellposition eines entsprechenden Bedienelements (10) der zweiten Fernsteuerung (1-1) entspricht.
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