DE69005956T2

DE69005956T2 - Verfahren und System zur Fernsteuerung für den Zusammenbau eines ersten Objektes mit einem zweiten Objekt.

Info

Publication number: DE69005956T2
Application number: DE69005956T
Authority: DE
Inventors: Daniel Vincent Ferro
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1990-09-12
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: FR2651878A1; ES2049944T3; CA2025321C; FR2651878B1; JP3045753B2; CA2025321A1; JPH03105602A; EP0418154B1; EP0418154A1; US5119305A; DE69005956D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Fernsteuerung des Zusammenbaus eines ersten Gegenstandes mit einem zweiten Gegenstand.
Sie ist insbesondere auf die Fernsteuerung des Zusammenbaus eines ersten Befestigungsteils eines Raumfahrzeuges mit einem Befestigungsteil einer Raumstation anwendbar ist, wo dieser Zusammenbau durch Steuerung der relativen Verschiebung des Raumfahrzeuges in bezug auf die Station durchgeführt wird, wobei der Pilot des Fahrzeuges keine direkte Sicht auf das Befestigungsteil des Fahrzeugs und das Befestigungsteil der Station hat. Diese Steuerung besteht darin, die wesentlichen Parameter der Verschiebungen, die den Zusammenbau erlauben, sowie künstliche Bilder der Befestigungsteile sichtbar zu machen.
Die Erfindung kann ebenfalls in der Robotertechnik angewendet werden, wenn es sich darum handelt, zwei Gegenstände zusammenzubauen, wobei einer dieser Gegenstände von dem bewegbaren Arm eines Roboters gehalten wird. Die Erfindung betrifft im wesentlichen die Sichtbarmachung der notwendigen Parameter, die erlauben, den Fernzusammenbau eines ersten Gegenstandes mit einem zweiten Gegenstand zu steuern, wobei dieser Zusammenbau durch die Steuerung einer relativen Verschiebung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand und durch die Sichtbarmachung künstlicher Bilder ausgeführt wird, die jeweils den Teilen dieser zwei Gegenstände entsprechen, die zusammengebaut werden sollen.
Man weiß, daß es sehr schwierig ist, insbesondere auf dem Gebiet der Robotertechnik oder der Astronautik einen Fernzusammenbau eines ersten Gegenstandes mit einem zweiten Gegenstand durch Steuerung einer relativen Verschiebung dieses ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten zu steuern. Diese Steuerung ist sehr schwierig, wenn die Person, die beauftragt ist, diese Steuerung auszuführen, auf die notwendigen Befehle für die Bewegungen wirken soll, die diesen Zusammenbau erlauben, und keine unmittelbare Sicht auf die jeweiligen Teile der zwei Gegenstände hat, die zusammenzubauen sind.
Im allgemeinen verwenden die bestehenden Verfahren und Systeme, um eine solche Steuerung auszuführen, eine oder mehrere Fernsehkameras, die direkte Bilder der zwei zusammenzubauenden Gegenstände geben. Jedenfalls geben diese Verfahren und Systeme keine Angabe über die notwendigen Parameter der Bewegungen des ersten Gegenstandes gegenüber dem zweiten und erlauben nicht, in wirksamer und genauer Weise auf die Befehle dieser Verschiebungen zu wirken. Dies ist beispielsweise der Fall bei dem System, das in der Druckschrift US-A-3 910 533 beschrieben ist.
Die Erfindung hat genau genommen zum Ziel, diese Nachteile zu beheben und insbesondere ein Verfahren zu schaffen und ein System zu realisieren, das erlaubt, auf genaue und wirksame Weise den Zusammenbau eines ersten Gegenstandes mit einem zweiten Gegenstand zu steuern, wobei dieser Zusammenbau durch Steuerung einer relativen Verschiebung dieses ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten durchgeführt wird, ohne daß die Person, die mit dem Zusammenbau beauftragt ist, eine direkte Sicht dieser zwei Gegenstände oder ein reelles Bild von ihnen hat.
Diese Zielsetzungen werden insbesondere dank der Sichtbarmachung der Hauptparameter erreicht, die die relative Bewegung des ersten Gegenstandes gegenüber dem zweiten Gegenstand betreffen, sowie der Sichtbarmachung künstlicher Bilder der jeweiligen Teile der zwei zusammenzubauenden Gegenstände in einer Ebene eines Bezugssystems, das mit dem ersten Gegenstand verbunden ist.
Die Erfindung betrifft zu allererst ein Verfahren zur Fernsteuerung des Zusammenbaus eines ersten Gegenstandes mit einem zweiten Gegenstand, wobei dieser Zusammenbau durch den Befehl einer relativen Verschiebung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand durchgeführt wird, wobei diese Verschiebung eine Bewegung der Annäherung durch Verschiebungn des ersten Gegenstandes in Richtung des zweiten Gegenstandes und/oder eine seitliche Verschiebebewegung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand und/oder eine Drehbewegung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand ist, wobei diese Gegenstände einen ersten bzw. einen zweiten Zusammenbauteil haben, und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es besteht aus:
- Festlegen eines ersten und eines zweiten Bezugssystems, die mit dem ersten bzw. zweiten Gegenstand verbunden sind, wobei jedes Bezugssystem durch einen Ursprung und drei orthogonale Achsen festgelegt ist,
- Bestimmen von momentanen Abstandswerten (X, Y, Z) in dem ersten Bezugssystem während der genannten relativen Verschiebung zwischen dem Ursprung (O&sub2;) des zweiten Bezugssystems und dem Ursprung (O&sub1;) des ersten Bezugssystems, und von momentanen Cardan'schen Winkelwerten, Rollwinkel, Nickwinkel und Gierwinkel genannt, der Achsen des zweiten Bezugssystems in bezug auf die jeweils entsprechenden Achsen des ersten Bezugssystems,
- Behandeln der genannten momentanen Werte, um auf einer Anzeigeeinrichtung, die mit dem ersten Gegenstand verbunden ist, anzuzeigen die momentanen Abstandswerte und die Cardan'schen Winkel und wenigstens ein erstes Polygon, das an dieser Einrichtung festgelegt ist und einen künstlichen Kontur des genannten ersten Zusammenbauteils darstellt, ein zweites zu dieser Einrichtung bewegbares Polygon, das einen künstlichen Kontur des genannten zweiten Zusammenbauteils darstellt, wobei diese zwei Polygone dieselbe Form und ähnliche Abmessungen haben, und das zweite Polygon eine momentane Position und Ausrichtung hat, die von den entsprechenden momentanen Werten der Cardan'schen Winkel des zweiten Gegenstandes in bezug auf den ersten Gegenstand abhängen, und ein drittes Polygon im Inneren des und homothetisch zu dem zweiten Polygon und derselben Ausrichtung wie das zweite Polygon, wobei dieses dritte Polygon im Inneren des zweiten Polygons bewegbar ist und eine Position in Abhängigkeit von den seitlichen Abständen des zweiten Gegenstandes in bezug auf den ersten Gegenstand einnimmt,
- ausgehend von dieser Anzeige auf die Steuerung der genannten relativen Verschiebung zu wirken, um bis zu einem Wert Null des genannten Abstandes das erste und das zweite Polygon zur Deckung zu bringen und das dritte Polygon in dem zweiten Polygon zu zentrieren.
Gemäß einem anderen Merkmal des Verfahrens besteht dieses ferner darin, durch Behandeln der momentanen Werte der Cardan'schen Winkel (ψ, θ, φ) auf der genannten Anzeigeeinrichtung die momentanen Werte (ψ', θ', φ') der Geschwindigkeitsänderung der Cardan'schen Winkel im Laufe der Verschiebung anzuzeigen.
Gemäß einem anderen Merkmal des Verfahrens besteht dieses darin, durch Behandeln der momentanen Abstandswerte auf der genannten Anzeigeeinrichtung momentane Geschwindigkeitswerte (X') der Annäherung des genannten ersten Gegenstandes an den genannten zweiten Gegenstand anzuzeigen.
Gemäß einem anderen Merkmal besteht das Verfahren auch darin, jeweils durch bewegbare Gleitzeiger in festen Skalen die Entwicklung der momentanen Werte der Querabstände und durch sich unterscheidende Zeichen die Voraussage der Entwicklung dieser Abstände in einem bestimmten Sinn anzuzeigen.
Gemäß einem anderen Merkmal besteht das Verfahren darin, jeweils die Werte der Geschwindigkeitsänderung der Cardan'schen Winkel in bewegbaren Gleitzeigern gegenüber festen Skalen anzuzeigen.
Gemäß einem anderen Merkmal besteht das Verfahren darin, die momentanen Werte der Annäherungsgeschwindigkeiten in einem Gleitzeiger anzuzeigen, der gegenüber einer Skala mit vorbeilaufenden Werten fest ist, und die Voraussage der Zunahme oder der Abnahme dieser Geschwindigkeiten durch ein sich untercheidendes, festes Zeichen anzuzeigen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein System zur Fernsteuerung des Zusammenbaus eines ersten Gegenstandes mit einem zweiten Gegenstand, wobei dieser Zusammenbau durch den Befehl einer relativen Verschiebung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand durchgeführt wird, wobei diese Verschiebung eine Bewegung der Annäherung des ersten Gegenstandes in Richtung des zweiten Gegenstandes und/oder eine seitliche Verschiebebewegung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand und/oder eine Drehbewegung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand ist, wobei diese Gegenstände einen ersten bzw. einen zweiten Zusammenbauteil darstellen, und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das System umfaßt:
- eine Peileinrichtung, um in einem ersten Bezugssystem, das mit dem ersten Gegenstand verbunden ist, während der Verschiebung repräsentative Signale der momentanen Abstandswerte zwischen dem Ursprung des ersten Bezugssystems, das mit dem ersten Gegenstand verbunden ist, und dem Ursprung eines zweiten Bezugssystems, das mit dem zweiten Gegenstand verbunden ist, und momentane Werte der Cardan'schen Winkel, die Rollwinkel, Nickwinkel und Gierwinkel genannt werden, jeweils zwischen den Achsen des zweiten Systems und den entsprechenden Achsen des ersten Systems zu liefern, wobei jedes System durch einen Ursprung und drei orthogonale Achsen festgelegt ist, wobei die repräsentativen Signale der momentanen Werte an Ausgängen der Peileinrichtung geliefert werden,
- einen Rechner, der mit einem Speicher und den Ausgängen der Peileinrichtung verbunden ist, um die repräsentativen Signale der momentanen Werte zu verarbeiten, um diese momentanen Werte zu erhalten und um die genannte Steuerung der Bewegung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand zu ermöglichen,
- Anzeigemitel, die mit den Steuerausgängen des Rechners verbunden sind, um auf einer Anzeigeeinrichtung während der Bewegung wenigstens die momentanen Werte der Abstände und der Cardan'schen Winkel, die momentanen Werte der Geschwindigkeitsänderungen der Cardan'schen Winkel, die momentanen Werte der Annäherungsgeschwindigkeiten anzuzeigen, und um wenigstens ein erstes Polygon, das an der Einrichtung festgelegt ist und einen künstlichen Kontur des genannten ersten Zusammenbauteils darstellt, ein auf dieser Einrichtung bewegbares, zweites Polygon, das einen künstlichen Kontur des genannten zweiten Zusammenbauteils darstellt, wobei diese zwei Polygone dieselbe Form und dieselbe Abmessung haben und das zweite Polygon eine momentane Position und Ausrichtung hat, die von den entsprechenden momentanen Werten der Cardan'schen Winkel des zweiten Gegenstandes in bezug auf den ersten Gegenstand abhängen, anzuzeigen, sowie ein drittes Polygon, das im Inneren des und homothetisch zu dem zweiten Polygon mit der gleichen Ausrichtung wie dieses zweite Polygon ist, wobei dieses dritte Polygon im Inneren des zweiten Polygons bewegbar ist und eine Position in Abhängigkeit der seitlichen Abstände des zweiten Gegenstandes in bezug auf den ersten Gegenstand einnimmt, wobei diese Anzeige gestattet, die Verschiebung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand fernzusteuern, um als Folge auf die Steuerung der Bewegung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand einzuwirken.
Gemäß einem anderen Merkmal umfaßt die Peileinrichtung ein charakteristisches Ziel, das an dem zweiten Gegenstand befestigt ist, eine Einrichtung, die an dem ersten Gegenstand fest angebracht ist und an Ausgängen repräsentative Signale für das Bild des Ziels, die Längen der Abstände und die Cardan'schen Winkel in dem ersten Bezugssystem liefert.
Gemäß einem anderen Merkmal ist die Einrichtung, um die genannten repräsentativen Signale zu erhalten, von einer Fernsehkamera gebildet, die die genannten Signale an Ausgängen bereitstellt.
Gemäß einem anderen Merkmal sind die Anzeigemittel Bildschirmeinrichtungen, wobei das Bild des Ziels auf dem Bildschirm mit dem genannten ersten, zweiten und dritten Polygon überlagert ist.
Gemäß einem anderen Merkmal sind die Bildschirmanzeigemittel Anzeigesteuereinrichtungen in unterschiedlichen Farben.
Gemäß einem anderen Merkmal ist der erste Gegenstand fest an dem Arm eines Roboters angebracht, wobei das System verwendet wird, um den Zusammenbau des ersten Teils des ersten Gegenstandes mit dem zweiten Teil des zweiten Gegenstands zu steuern.
Gemäß einem anderen Merkmal ist der erste Teil des ersten Gegenstandes ein Befestigungsteil eines Raumfahrzeuges, der zweite Teil des zweiten Gegenstands ein Befestigungsteil einer Raumstation, wobei das System verwendet wird, um die Begegnung im Raum zwischen dem Fahrzeug und der Station zu steuern.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser aus der Beschreibung hervorgehen, die folgt und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in denen:
Fig. 1 schematisch zwei Gegenstände darstellt, die durch relative Verschiebung des einen gegenüber dem anderen, indem dieser Zusammenbau ferngesteuert wird, dank dem Verfahren und dem System der Erfindung zusammenzubauen,
Fig. 2 schematisch zwei Systeme darstellt, die besser die Definition der Cardan'schen Winkel verstehen lassen,
Fig. 3 schematisch eine Anzeigeeinrichtung zeigt, auf der Informationen und Figuren erscheinen, die gemäß der Erfindung erlauben, den Zusammenbau der zwei Gegenstände zu steuern,
Fig. 4 schematisch das erfindungsgemäße System darstellt,
Fig. 5 schematisch ein Ziel darstellt, das aus Reflektoren aufgebaut ist, das von einem der Gegenstände getragen wird und der Steuerung des Zusammenbaus von zwei Gegenständen gemäß der Erfindung diet,
Fig. 6 besser die Bedeutung des Reflektorziels in der Erfindung verstehen läßt.
Die Fig. 1 zeigt schematisch zwei Gegenstände N und S, deren Zusammenbau man steuern möchte, wobei dieser Zusammenbau durch Steuerung einer relativen Verschiebung des ersten Gegenstandes N in bezug auf den zweiten Gegenstand S ausgeführt wird, wobei das Verfahren und die Steuerungsvorrichtung der Erfindung verwendet werden.
Bei der beschriebenen Anwendung nimmt man an, daß der erste Gegenstand N ein Raumfahrzeug ist, und daß der zweite Gegenstand S eine Raumstation ist. Bei anderen Anwendungen, wie beispielsweise bei der Robotertechnik könnte der erste Gegenstand an dem Ende eines Armes eines Roboters befestigt sein, um mit einem zweiten, von diesem Arm unabhängigen Gegenstand zusammengebaut zu werden.
Die Fig. 1 erlaubt besser, die Erfindung zu verstehen, wenn diese bei einer Raumbegegnung verwendet wird. Bei dieser Anwendung umfaßt der erste Gegenstand oder Fahrzeug N einen ersten Zusammenbauteil oder Befestigungsteil 1, während der zweite Gegenstand einen zweiten Zusammenbauteil oder Befestigungsteil 2 umfaßt. Dieses sind die Teile 1 und 2, die bei einer Begegnung zusammengebaut werden sollen.
Die Beschreibung des Verfahrens und des Systems der Erfindung, die für eine Raumbegegnung verwendet werden, bleibt für den Zusammenbau von zwei Gegenständen gültig, wobei einer von ihnen von dem bewegbaren Arm eines Roboters gehalten wird. In diesem Fall erlaubt die Steuerung, die dank der Erfindung ausgeführt wird, infolgedessen auf die Steuerung der Bewegung des Roboterarms zu wirken.
Die relative Verschiebung des ersten Gegenstands N in bezug auf den zweiten Gegenstand S, die den Zusammenbau dieser zwei Gegenstände erlaubt, wird von verschiedenen Bewegungen gebildet: eine dieser Bewegungen ist eine Annäherungsbewegung durch Verschieben des ersten Gegenstandes oder Fahrzeugs N in Richtung des zweiten Gegenstands oder der Station S. Eine weitere Bewegung kann eine seitliche Verschiebebewegung des ersten Gegenstands N in bezug auf den zweiten Gegenstand S sein. Schließlich kann eine andere Bewegung eine Drehbewegung des ersten Gegenstands N in bezug auf den zweiten Gegenstand S sein.
Das Verfahren der Erfindung besteht zu allererst darin, ein erstes Bezugssystem auszuwählen, das mit dem ersten Gegenstand N verbunden ist. Dieses Bezugssystem ist durch einen Ursprung O&sub1; und durch drei orthogonalen Achsen XA, YA, ZA definiert. Ein zweites Bezugssystem, das mit dem zweiten Gegenstand S verbunden ist, wird ebenfalls gewählt: es ist definiert durch einen Ursprung O&sub2; und durch drei orthogonale Achsen XS, YS, ZS.
Bei der Anwendung der Erfindung bei einer Raumbegegnung nimmt man an, daß die relative Position der zwei Gegenstände dank eines äußeren, bekannten Systems zur Berechnung der relativen Position und der Ableitung bekannt ist. Man nimmt ebenfalls an, daß, wenn die Steuerung ausgeführt wird, der erste Gegenstand oder das Raumfahrzeug N dann nahe bei dem zweiten Gegenstand oder der Raumstation S (ungefähr einhundert Meter) ist, und daß das Raumfahrzeug N eine geeignete Umkehrung ausgeführt hat, die erlaubt, das erste Zusammenbauteil oder Befestigungsteil 1 gegenüber der Seite der Station S darzubieten, die das zweite Zusammenbauteil oder Befestigungsteil 2 trägt (das Befestigungsteil 1 ist bei dem dargestellten Beispiel rückseitig des Fahrzeugs).
Es wird angenommen, daß der Ursprung O&sub1; des ersten Bezugssystems mit dem Schwerpunkt des ersten Befestigungsteils 1 zusammenfällt, während von dem Ursprung O&sub2; des zweiten Systems angenommen wird, daß er mit dem Schwerpunkt des zweiten Befestigungsteils 2 zusammenfällt.
In dieser Figur ist ebenfalls die Lenk- oder Steuerstation dargestellt, die insbesondere die Steuermittel P umfaßt, die erlauben, auf die relative Verschiebung des ersten Gegenstandes N in bezug auf den zweiten Gegenstand S zu wirken. Diese Steuermittel sind hier im einzelnen nicht beschrieben. Diese Lenkstation umfaßt ebenfalls Empfangs- und Verarbeitungsmittel, die nicht dargestellt sind und dem die Piloten erlauben, die relative Position von seinem Fahrzeug in bezug auf die Station zu kennen.
Nachdem die beschriebenen Systeme oben definiert worden sind, besteht das Verfahren dann darin, in dem ersten Bezugssystem (O&sub1;, XA, YA, ZA) im Laufe einer relativen Verschiebung des ersten Gegenstands N zu dem zweiten Gegenstand S hin, die momentanen Abstandswerte zwischen dem Ursprung O&sub2; des zweiten Bezugssystems (O&sub2;, XS, YS, ZS) und dem Ursprung O&sub1; des ersten Bezugssystems zu bestimmen. Das Verfahren besteht auch darin, die momentanen Werte der Cardan'schen Winkel, Rollwinkel, Nickwinkel und Gierwinkel der Achsen des ersten Systems (XA, YA, ZA) in bezug auf die jeweiligen entsprechenden Achsen (XS, YS, ZS) des zweiten Systems zu bestimmen, wobei die Ursprünge O&sub1; und O&sub2; der zwei Systeme als zusammengefallen angenommen werden. Diese Cardan'schen Winkel werden hier nicht im einzelnen definiert, weil sie auf dem Gebiet der Technik gut bekannt sind, insbesondere in der Luftfahrttechnik und in der Raumfahrtechnik; jedenfalls gibt die Fig. 2 eine schematische Darstellung von ihnen.
Der Gierwinkel ψ ist der Drehwinkel um die Achse ZS, der die Achse XS des zweiten Systems zum Zusammenfallen mit der Projektion der Achse XA des ersten Systems auf die Ebene XS, YS führt.
Der Nickwinkel θ ist der Drehwinkel um die Achse YS, der die Projektion der Achse XA des ersten Systems auf die Ebene XS YS des zweiten Systems zum Zusammenfallen mit der Achse XA führt.
Der Rollwinkel φ ist der Drehwinkel um die Achse XA des ersten Systems, der die Projektion der Achse YA des ersten Systems auf die Ebene XS YS des zweiten Systems zum Zusammenfallen mit der Achse YA führt.
Diese unterschiedlichen Winkel werden, wie man es weiter unten im einzelnen sehen wird, dank einer Kamera C bestimmt, die an dem ersten Gegenstand N an Bord ist und daher mit dem ersten System verbunden ist; das Objektiv dieser Kamera ist auf ein Ziel von Reflektoren R gerichtet, das von dem zweiten Gegenstand getragen wird und daher mit dem zweiten System verbunden ist. Das dank der Fernsehsignale, die an den Ausgängen der Kamera geliefert werden, erhaltene Bild wird durch den Rechner 3 analysiert und verarbeitet, der dank eines in dem Bereich des Durchschnittsfachmanns liegenden Verarbeitungsprogramm die momentanen Werte der Cardan'schen Winkel der Achsen des zweiten Systems in bezug auf die jeweils entsprechenden Achsen des ersten Systems bestimmt. Die Ausgestaltung erlaubt ebenfalls, die momentanen Werte der Abstände zwischen dem Ursprung O&sub2; des zweiten Systems und dem Ursprung O&sub1; des ersten Systems zu bestimmen. Diese Abstände können entweder die seitlichen Abstände des zweiten Systems in bezug auf das erste, gemessen auf den Achsen XA, ZA des ersten Systems sein, oder die Abstände sein, die die Annäherung des zweiten Systems in bezug auf das erste, gemessen auf der Achse XA des ersten Systems geben.
Das Verfahren der Erfindung besteht dann darin, insbesondere dank der Kenntnis der momentanen Werte der oben genannten Abstände und Winkel die Positionierung der zusammenzubauenden Teile zu steuern, um infolgedessen auf die Verschiebungsbefehle des ersten Gegenstandes zu wirken.
Diese Steuerung besteht im wesentlichen darin, die momentanen Werte der Abstände und der Cardan'schen Winkel zu verarbeiten, um auf einer Anzeigeeinrichtung der Anzeigemittel 4 (vorzugsweise ein Bildschirm einer Fernsehanzeigeeinrichtung), die mit dem ersten Gegenstand N verbunden ist, Parameter und geometrische Figuren anzuzeigen, die der Person oder dem Piloten, die den Fernzusammenbau steuern, erlauben, dementsprechend auf die Verschiebungsbefehle des ersten Gegenstands N zu wirken, um einen vollkommenen Zusammenbau sicherzustellen.
Die geometrischen Figuren, die angezeigt werden, werden aufgrund der Verarbeitung der momentanen Werte der Abstände und der Cardan'schen Winkel erhalten.
Diese geometrischen Figuren sind in der Fig. 3 dargestellt. Diese Figur stellt auch die wesentlichen Informationen zur Steuerung dar, die auf der Anzeigeeinrichtung erscheinen und später beschrieben werden.
Die auf der Anzeigeeinrichtung erscheinenden, geometrischen Figuren umfassen ein erstes Polygon PN, das an dem Träger festgelegt ist und einen künstlichen Kontur des ersten Zusammenbauteils oder Befestigungsteils 1 des ersten Gegenstands darstellt. Dieses Polygon ist vorzugsweise ein Quadrat, das zu dem Ursprung der Achsen YA, ZA des ersten Bezugssystems zentriert ist. Dieses System ist hier in der Form unterbrochener Striche angezeigt; man zeigt ebenfalls auf der Einrichtung einen Kreis oder eine Kugel zur Peilung 5, der/die zu dem Ursprung der Achsen YA, ZA des ersten Systems zentriert ist.
Die geometrischen Figuren umfassen auch ein zweites Polygon PS1, das auf der Anzeigeeinrichtung bewegbar ist und einen künstlichen Kontur des zweiten Zusammenbauteils oder Befestigungsteils 2 des zweiten Gegenstandes S darstellt. Dieses zweite Polygon stellt die gleiche Form und die gleiche Abmessung wie das erste Polygon (vorzugsweise ein Quadrat) dar wobei seine momentane Ausrichtung und Position von den momentanen Werten der Cardan'schen Winkel ψ, θ, φ abhängen.
Die auf der Anzeigeeinrichtung erscheinenden, geometrischen Figuren umfassen auch ein drittes Polygon PS2, das im Inneren des und homothetisch zu dem zweiten Polygon und der gleichen Ausrichtung ist, wie dieses zweite Polygon. Das dritte Polygon (vorzugsweise ein Quadrat) ist im Inneren des zweiten Polygons bewegbar und nimmt in diesem eine Position in Abhängigkeit von den seitlichen Abständen (auf den Achsen XA, ZA des ersten Systems gemessen) des zweiten Gegenstands S in bezug auf den ersten Gegenstand N ein. Die Verarbeitungen, die die Anzeige dieser drei Polygone erlauben, werden hier nicht im einzelnen beschrieben; es liegt tatsächlich im Bereich des Durchschnittsfachmanns, solche Polygone anzuzeigen, wenn man ihre jeweiligen Abmessungen definiert und man ihre Positionen und ihre Ausrichtungen dank der vorausgehenden Kenntnis der momentanen Werte der Abstände und der Cardan'schen Winkel kennt.
Die Steuerung des Zusammenbaus ausgehend von der Anzeige dieser Polygone erlaubt, auf die Befehle P der Verschiebung des ersten Gegenstands N so zu wirken, daß auf der Anzeigeeinrichtung die Überlagerung des zweiten Polygons PS1 mit dem ersten Polygon PN und die Zentrierung des Polygons PS2 im Inneren des zweiten Polygons PS1 erhalten werden. Wenn diese Überlagerung und diese Zentrierung vollständig erhalten worden sind, heißt dies, daß die Achsen XA und XS des ersten und zweiten Systems zusammenfallen und die Achsen YA, ZA des ersten Systems und die Achsen YS, ZS des zweiten Systems jeweils dieselbe Ausrichtung aufweisen. Wenn der Zusammenbau hergestellt worden ist, fallen alle Achsen des ersten Systems mit allen jeweils entsprechenden Achsen des zweiten Systems zusammen.
Bei dem in der Figur dargestellten Beispiel haben die Cardan'schen Winkel von null verschiedene Werte und die seitlichen Abstände sind groß. Die Neigung des zweiten Polygons nach links in bezug auf das erste Polygon zeigt einen großen Rollwinkel an. Das dritte Polygon PS2 nimmt im Inneren des zweiten Polygons PS1 eine nach unten und nach rechts versetzte Position ein. Diese Versetzung zeigt insbesondere an, daß sich der erste Gegenstand N zu weit rechts und zu weit unten in bezug auf diesen ersten Gegenstand befindet, wenn man in dessen Richtung blickt.
Um besser die Position des dritten Polygons PS2 im Inneren des zweiten Polygons PS1 anzuzeigen und um der Gesamtdarstellung ein perspektivisch stilisiertes, intuitiv deutbares Bild zu geben, ist es auch möglich, auf der Anzeigeeinrichtung Abschnitte erscheinen zu lassen, wie AA', die jede Spitze, wie A des zweiten Polygons PS2 mit der entsprechenden Spitze A' des dritten Polygons PS1 verbinden. Wenn diese Polygone Quadrate sind, wie es bei dem in der Figur gezeigten Beispiel ist, weisen die vier Abschnitte, wie AA' gleiche Längen auf, wenn das Quadrat PS2 vollständig in dem Quadrat PS1 zentriert ist.
Um die Unterscheidung dieser unterschiedlichen Polygone zu erleichtern, ist es möglich, die Anzeigeeinrichtung in bekannter Weise so zu steuern, daß eine Anzeige diese Polygone mit unterschiedlichen Farben erhalten wird. So kann beispielsweise das erste Polygon PN (das als "Fahrzeugmodell" bezeichnet werden kann) in gelber Farbe sein, während das zweite und das dritte Polygon PS1, PS2 (die als "Modell des Gegenstands" bezeichnet werden können) in blauer Farbe sein können. Das Erhalten dieser Farben liegt im Bereich des Durchschnittsfachmanns.
Die seitlichen Abstände, die entlang der Achsen YA, ZA des ersten Systems gemessen sind, sowie die Strecke, die den Ursprung der zwei Systeme trennt und entlang der Achse XA gemessen wird, können beispielsweise in einem Bereich Z&sub1; der Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Bei dem gewählten Beispiel ist die Strecke X, die längs der Achse XA (Anzeige X 75.3 M) gemessen ist, gleich 75,3 m, während die seitlichen Abstände Y, Z, die jeweils entlang der Achsen YA, ZA (Anzeige YR 5.22 M und ZL 2.40 M) gemessen sind, gleich 5,22 m und 2,40 m sind. Für den seitlichen Abstand Y bezeichnet der Buchstabe R, daß sich der erste Gegenstand rechts beim Betrachten des zweiten Gegenstands befindet. Wenn sich dieser erste Gegenstand links befunden hätte, würde man beispielsweise den Buchstaben L verwenden. Für den seitlichen Abstand Z zeigt der Buchstabe L an, daß sich der erste Gegenstand gegenüber dem zweiten Gegenstand nach unten hin befindet. Der Buchstabe H würde beispielsweise anzeigen, daß sich dieser erste Gegenstand gegenüber dem zweiten Gegenstand nach oben hin befindet. Es ist selbstverständlich möglich, unterschiedliche Farben zur Anzeige dieser Parameter zu verwenden. Beispielsweise können die Buchstaben X, Y, Z und M die Farben weiß auf einem Anzeigeschirm mit dunkler Farbe haben, während die Ziffern eine grüne Farbe haben können, ebenso wie die Buchstaben R, L und H, die die Lage nach rechts oder nach links oder nach oben hin oder nach unten hin des ersten Gegenstandes gegenüber dem zweiten Gegenstand anzeigen.
Die Werte des Gierwinkels ψ, des Nickwinkel θ und des Rollwinkels φ werden jeweils beispielsweise in einen Bereich Z&sub2; der Anzeigeeinrichtung durch die Bezeichnung YAW, PITCH und ROLL zusammen mit den entsprechendem Werten dieser Winkel angezeigt. So hat der Gierwinkel ψ (Anzeige YAW -0.87) einen negativen Wert von 0,87 º, während der Nickwinkel und der Rollwinkel als Wert 2,56 º bzw. 4,09 º haben (Anzeige PITCH 2.56 und ROLL 4.09).
Der Zusammenbau der zwei Gegenstände ist vollständig hergestellt, wenn das zweite Polygon PS1 genau dem ersten Polygon PN überlagert ist, das dritte Polygon PS2 genau in dem zweiten Polygon PS1 zentriert ist, die Werte des Gierwinkels, des Nickwinkels, des Rollwinkels (YAW, PITCH, ROLL) und die Werte der seitlichen Abstände Y, Z und der Entfernung X null sind. Die Steuerung des Zusammenbaus der zwei Gegenstände erlaubt, auf die Steuerung der relativen Bewegung derart einzuwirken, im Laufe der Annäherung dieser zwei Gegenstände fortdauernd die Werte null für die Cardan'schen Winkel, die seitlichen Abstände, eine Überlagerung des ersten und des zweiten Polygons und eine so genaue wie mögliche Zentrierung des dritten Polygons in dem zweiten zu suchen.
Wie vorhergehend können unterschiedliche Farben für die Anzeige der Werte der Cardan'schen Winkel gewählt werden. So können beispielsweise die Bezeichnungen YAW, PITCH, ROLL weiß auf einem dunklen Schirm angezeigt werden, und die Werte dieser Winkel können durch Ziffern und Vorzeichen in grüner Farbe angezeigt werden.
Das Erhalten dieser Farben in dem gesamten Anzeigesystem liegt im Bereich des Durchschnittsfachmanns.
Das Verfahren der Erfindung besteht auch darin, durch Verarbeitung der momentanen Werte der Cardan'schen Winkel auf der Anzeigeeinrichtung der Anzeigemittel 4 Werte ψ', θ', φ' der momentanen Änderungsgeschwindigkeiten der Cardan'schen Winkel im Laufe der Verschiebung des ersten Gegenstandes zu dem zweiten Gegenstand hin anzuzeigen. Das Erhalten der Werte der momentanen Änderungsgeschwindigkeit der Cardan'schen Winkel liegt im Bereich des Durchschnittfachmanns, weil sie durch Ableiten der jeweiligen Werte dieser Winkel in bezug auf die Zeit erhalten werden. Diese Werte der Änderungsgeschwindigkeit der Cardan'schen Winkel werden in bewegbaren Zeigern gegenüber festen Skalen angezeigt.
So wird beispielsweise die Änderungsgeschwindigkeit ψ' des Gierwinkels in einem Bereich Z&sub3; der Anzeigeeinrichtung angezeigt. Der Wert dieser Geschwindigkeit (Anzeige 0.72), der gleich 0,72 º/s ist, wird bei dem dargestellten Beispiel in einem Pfeil 6 angezeigt, der gegenüber einer festen Skala 7 bewegbar ist. Der Mittelpunkt dieser Skala ist durch ein Dreieck 8 dargestellt, das sich in der Verlängerung der Achse ZA des ersten Bezugssystems befindet. Diese Skala umfaßt Endanschläge 9, 10, zwischen denen sich der Pfeil 6 befinden muß, wenn der Zusammenbauvorgang in normaler Weise verläuft. Wie im vorhergehenden Fall können unterschiedliche Anzeigefarben in dem Bereich Z&sub3; gewählt werden. So kann beispielsweise der Pfeil 6 in gelber Farbe sein, während der Wert 0.72 der Gierwinkelgeschwindigkeit in grün angezeigt wird. Die Endanschläge weisen einen Wechsel von weißem Bereich 9 und rotem Bereich 10 auf, sowie eine bernsteinfarbene Verlängerung 11. Das Dreieck 8, das körperlich den Mittelpunkt der Skala darstellt, kann in weißer Farbe sein. Die Lage des Pfeils 6 nach rechts von dem Mittelpunkt 8 der Skala zeigt beispielsweise eine Neigung zur Erhöhung der Gierwinkelgeschwindigkeit an.
Indem man dieselben Symbole und einen ähnlichen Farbcode verwendet, werden die momentanen Werte der Änderungsgeschwindigkeit θ' des Nickwinkel in einen Bereich Z&sub4; der Anzeigeeinrichtung angezeigt. Der Pfeil 12, in dem der momentane Wert der Änderungsgeschwindigkeit θ' des Nickwinkels (Anzeige 1.58) angezeigt wird, die gleich 1,58 º/s bei dem betrachteten Beispiel ist, ist gegenüber einer festen Skala 13 beweglich. Der Mittelpunkt dieser Skala ist auch durch ein Dreieck 14 hier körperlich angegeben, das sich in der Verlängerung der Achse YA des ersten Bezugssystems zwischen den Endanschlägen 14, 15 befindet.
Schließlich werden die Werte der Änderungsgeschwindigkeit des Rollwinkels φ' in einen Bereich Z&sub5; der Anzeigeeinrichtung angezeigt. Die für diese Anzeige ausgewählten Farbcode sind mit denjenigen identisch, die für die Anzeige der Änderungsgeschwindigkeiten ψ' und θ' des Gierwinkels und des Nickwinkels in den Bereichen Z&sub3;, Z&sub4; gewählt worden sind, die vorhergehend beschrieben worden sind. Der Wert der Änderungsgeschwindigkeit φ' des Rollwinkels (Anzeige - 0.47), der gleich -0,47 º/s bei dem betrachteten Beispiel ist, ist in einem bewegbaren Pfeil 16 gegenüber einer festen Skala 17 angezeigt, die Endanschläge 18, 19 aufweist, und einen Bezugsmittelpunkt der durch ein Dreieck 20 ortsbestimmt ist, das sich in der Verlängerung der Achse ZA des ersten Bezugssystems befindet. Die Lage des Pfeils 16 nach links zeigt eine Neigung zur Abnahme der Änderungsgeschwindigkeit des Rollwinkels an.
Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren auch darin, durch Verarbeitung der momentanen Abstandswerte und insbesondere der Abstände zwischen den Ursprüngen der zwei Systeme, längs der Achse XA des Bezugssystems gemessen, die momentanen Geschwindigkeitswerte X' der Annäherung des ersten Gegenstands an den zweiten Gegenstand anzuzeigen. Diese Anzeige wird beispielsweise in einem Bereich Z&sub6; der Anzeigeeinrichtung durchgeführt. Der Wert jeder momentanen Annäherungsgeschwindigkeit wird in einem gegenüber einer Skala 22 mit vorbeilaufenden Werten festen Pfeil angezeigt (beispielsweise Anzeige 150, das heißt 150 mm/s). Auf dieser Skala wird ein Endanschlag 23 sowie ein Dreieck 24 angezeigt, das beispielsweise einen Wert darstellt, der eine Sollgeschwindigkeit für die Annäherung anzeigt. Das Verfahren besteht darin, in diesem gleichen Bereich Z&sub6; beispielsweise die Vorhersage der Annäherungsgeschwindigkeit für beispielsweise 10 Sekunden anzuzeigen; dieses Bestreben wird durch einen Strich mit zu dx'/dt proportionaler Abmessung angezeigt. Dieses Zeichen ist hier ein Pfeil 25, der nach oben oder nach unten gerichtet ist. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Pfeil 25 nach unten gerichtet und zeigt somit eine Abnahme der Annäherungsgeschwindigkeit der zwei Gegenstände in bezug auf die Sollgeschwindigkeit an.
Wie in den vorhergehenden Fällen können Farbcode gewählt werden, um die unterschiedlichen Symbole oder Ziffern anzuzeigen. So ist beispielsweise der Anschlag 23 von einem Wechsel von weißen und roten Bereichen gebildet, denen eine bernsteinfarbige Anzeige 26 vorausgeht. Die Skala 22 und die Ziffern sind in weißer Farbe, während der Pfeil 25 in gelber Farbe ist; der Pfeil 25 ist in grüner Farbe und das Dreieck 24 ist in roter Farbe.
Schließlich zeigt man gemäß dem Verfahren der Erfindung jeweils durch bewegbare Pfeile in festen Skalen die Entwicklungen der Werte der seitlichen Abstände (Y, Z), jeweils auf den Achsen YA und ZA des ersten Bezugssystems gemessen, an; man zeigt auch durch unterscheidbare Zeichen Vorhersagen dieser Abstände für z. B. 10 Sekunden in einem bestimmten Sinn an.
So sind beispielsweise die Entwicklungen der Abstände Y, auf der Achse YA des ersten Bezugssystems gemessen, in einem Bereich Z&sub7; durch die Verschiebungen eines Pfeils 27, beispielsweise in der Form einer Raute, angezeigt, der sich gegenüber einer festen durch zwei Endanschläge 28, 29 begrenzten Skala bewegt; jeder dieser Endanschläge ist durch zwei Kreise dargestellt. Der Mittelpunkt dieser Skala ist durch einen Abschnitt 30 dargestellt, der sich in der Verlängerung der Achse ZA des ersten Bezugssystems befindet. Ein unterscheidbares Zeichen, wie beispielsweise der Pfeil 31, stellt die Vorhersage der Entwicklung des seitlichen Abstands Y in einen bestimmten Sinn für 10 Sekunden dar. Bei dem dargestellten Beispiel ist das Bestreben der Entwicklung dieses seitlichen Abstandes nach rechts.
Wie für die Anzeige der vorhergehenden Parameter können Farbcode gewählt werden. So können beispielsweise die Endanschläge 28, 29 in weißer Farbe sein, der Abschnitt 30 in gelber Farbe, der Pfeil 31 in grüner Farbe und die Raute 27 in roter Farbe sein.
In derselben Weise sind der seitliche Abstand Z, auf der Achse ZA des ersten Bezugssystems gemessen sowie das Bestreben dieses Abstands sich in einem bestimmten Sinn zu entwickeln, in einem Bereich Z&sub8; des Anzeigebildschirms angezeigt, wobei ein Farbcode angenommen wird, der demjenigen ähnlich ist, der in den Bereich Z&sub7; gewählt worden war. Bei diesem Beispiel befindet sich die Raute 32 oberhalb des Abschnitts 35, der den Mittelpunkt der Skala körperlich darstellt, und der Pfeil 36 für die Anzeige der Bestrebung des Abstands ist nach oben gerichtet. Dies bedeutet, daß die auf der Achse ZA des Bezugssystems gemessenen Abstände negativ sind und das ihr Bestreben eine Entwicklung nach oben ist.
Der Kreis oder die Kugel 5 kann beispielsweise in weißer Farbe sein, während die unterbrochenen Striche, die die Achsen YA, ZA des ersten Bezugssystems darstellen, in gelber Farbe sein können.
Schließlich vervollständigt ein Dreieck 37 in beispielsweise magenta Farbe, das entlang eines Radius des Kreises 5 hinzeigt, die Anzeige, indem durch Bewegung entlang dieses Kreises die Entwicklung der Werte des Rollwinkels φ angezeigt wird.
Diese Anzeige wird, wie man es weiter unten im einzelnen sehen wird, durch das Bild R' der Reflektortafel R vervollständigt, das von der Kamera C geliefert wird. Dieses Bild wird den verschiedenen, weiter oben beschriebenen Polygonen überlagert und gestattet der Person oder dem Piloten, der beauftragt ist, den Zusammenbau der zwei Gegenstände zu steuern, beispielsweise zu verfizieren, daß die Ausrichtung des zweiten und des dritten Polygons PS1, PS2 in der Querebene YA, ZA (Ausrichtung des zweiten Gegenstands in bezug auf den ersten Gegenstand) gegenüber der entsprechenden Ausrichtung des Bildes des Reflektorziels R nicht abweichend ist. Die Anzeige kann auch in einem Bereich Z&sub9; durch unterschiedliche Informationen, die für den Piloten des Fahrzeuges N nützlich sind, oder von dem Roboter vervollständigt werden.
Die folgende Beschreibung der Fig. 4 bis 7 erlaubt besser, jetzt die Struktur des Systems der Erfindung zu verstehen.
Die Fig. 4 stellt schematisch dieses System dar. Dieses System umfaßt eine Peileinrichtung 40, die in dem ersten Bezugssystem an den Ausgängen 41 Signale liefert, die für die momentanen Werte der Abstände und der Cardan'schen Winkel des zweiten Bezugssystems in bezug auf das erste System repräsentativ sind.
Diese Peileinrichtung 40 umfaßt ein charakteristisches Ziel R mit Reflektoren R&sub1;, R&sub2;, R&sub3;, R&sub4;, R&sub5;. Dieses Ziel ist fest an dem zweiten Gegenstand angebracht, das heißt bei dem gewählten Beispiel der Raumstation S. Diese Peileinrichtung 40 umfaßt auch Einrichtungen C, die mit dem ersten Gegenstand fest verbunden sind, das heißt dem Raumfahrzeug N, die an ihren Ausgängen 41 Signale liefern, die für das Bild des Ziels R, die Abstände und die Cardan'schen Winkel, die weiter oben definiert sind, repräsentativ sind. Diese Einrichtungen C sind vorzugsweise von einer Fernsehkamera gebildet, beispielsweise vom Typ mit ladungsgekoppelten Einrichtungen (CCD).
Das System umfaßt auch einen Rechner 3, der hier an Bord des Fahrzeugs N genommen worden ist. Dieser Rechner ist mit den Ausgängen 41 der Peileinrichtung 40 sowie mit einem Speicher 42 verbunden. Dieser Speicher erlaubt, insbesondere die Parameterwerte der Ortsbestimmung, die Parameterwerte der Verarbeitung sowie die notwendigen Programme für diese Verarbeitungen zu speichern.
Der Rechner erlaubt, die Signale zu verarbeiten, die für die momentanen Werte der Abstände und der weiter oben definierten Winkel repräsentativ sind, um diese Werte zu erhalten, sowie andere Werte, die weiter oben beschrieben worden sind und die Steuerung der Verschiebung für den Zusammenbau des ersten Gegenstandes N mit dem zweiten Gegenstand S gestatten.
Schließlich umfaßt das System Farbanzeigeeinrichtungen 4, vorzugsweis einen Kathodenstrahl- oder mit Flüssigkristallbildschirm. Diese Anzeigeeinrichtungen sind mit den Steuerausgängen 43 des Rechners 3 verbunden. Sie gestatten, die unterschiedlichen Informationen und Figuren zur Steuerung anzuzeigen, die bei der Fig. 3 beschrieben worden sind.
Die Fig. 5 stellt schematisch und perspektivisch ein Beispiel eines charakteristischen Ziels R mit Reflektoren R&sub1;, R&sub2;, R&sub3;, R&sub4;, R&sub5; dar. Die Reflektoren R&sub1;, R&sub2;, R&sub3;, R&sub4; sind beispielsweise in quadratischer Form mit der Abmessung C1 identisch. Die Reflektoren R&sub1; und R&sub3; sind auf der Achse ZS des zweiten Bezugssystems angeordnet, während die Reflektoren R&sub2; und R&sub4; auf einer Achse YC parallel zu der Achse YS des Bezugssystems angeordnet sind. Alle diese Reflektoren befinden sich in der Ebene YS, ZS des zweiten Bezugssystems und weisen einen gleichen Abstand L von dem Ursprung O des Systems (O, YC, ZS) auf.
Der Reflektor R&sub5; befindet sich vor der Ebene, die durch die Achsen YC und ZS definiert ist, in einem Abstand D von dieser Ebene. Er hat auch beispielsweise eine quadratische Form und eine größere Abmessung C2 als C1.
Die Kamera C ist längs der Achse XA des ersten Bezugssystems ausgerichtet, das mit dem Fahrzeug verbunden ist. Entsprechend dem Abstand dieser Kamera in bezug auf das zweite Bezugssystem und gemäß ihrer Ausrichtung in bezug auf die Achsen des zweiten Systems ändern sich die Positionen, die Ausrichtungen und die Abmessungen der Bilder dieser Reflektoren in der Ebene (YA, ZA) des ersten Bezugssystems, wie es schematisch die Fig. 6 zeigt. Diese Figur ist ein Beispiel eines Bildes des Ziels, das auf dem Bildschirm der Anzeigeeinrichtungen 4 erhalten wird. Die Analyse und die Verarbeitung dieses Bildes durch den Rechner 3 erlauben in bekannter Weise, die momentanen Werte der Abstände und Winkel, die weiter oben genannt worden sind, zu bestimmen.
Auf der Anzeigeeinrichtung 4 stellen die analogen Informationen, die angezeigt sind, und durch die Abstände bewegt werden, die Verschiebungen dar, die nicht als Funktion der wirklichen Abstände berechnet werden, sondern indem jeder dieser Abstände durch den maximal zulässigen für jeden von ihnen dividiert wird. Dieser maximale Abstand ändert sich als Funktion des Abstandes zwischen dem ersten Gegenstand und dem zweiten Gegenstand, damit eine zunehmende Genauigkeit bei der Anzeige der bewegten Informationen sichergestellt wird. So ruft beispielsweise eine Winkelabweichung (eines Cardan'schen Winkels) von 5 Grad, wenn der erste Gegenstand 100 Meter von dem zweiten Gegenstand entfernt ist eine große Verschiebung des zweiten und des dritten Polygons (PS1, PS2) auf dem Bildschirm 4 hervor, während eine ebenso große Verschiebung durch eine Abweichung von nur 0,5 Grad hervorgerufen wird, wenn diese zwei Gegenstände in einem Abstand von beispielsweise 5 Meter voneinander sind. Diese analogen, bewegten Informationen gemäß den Abständen umfassen insbesondere:
- das zweite und das dritte Polygon (PS1, PS2),
- die beweglichen Pfeile 27, 32, die die Entwicklungen der momentanen Werte der seitlichen Abstände Y, Z zeigen,
- die bewegbaren Pfeile 12, 16, in denen die jeweiligen Werte der Geschwindigkeitsänderung φ', θ', ψ' der Cardan'schen Winkel eingeschrieben sind.
Diese zunehmende Genauigkeit bei der Anzeige der bewegten, analogen Informationen erlaubt, insbesondere im Fall der Befestigung eines Raumfahrzeugs an einer Raumstation, dem Piloten, in einer viel vorsichtigeren Weise auf die Verschiebungsbefehle des Fahrzeugs zu wirken.
Man weist schließlich darauf hin, daß andere Informationen auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt werden können, wie die jeweiligen Gültigkeitsbereiche von Parametern X, X', Y, Y'... usw. Es können ebenfalls Abänderungen der Farben, insbesondere bei der Anzeige der Abstandswerte vorgesehen werden, um das Überschreiten von Gültigkeitsgrenzen dieser Werte anzuzeigen.
Die Erfindung erlaubt die weiter oben angegebenen Zielsetzungen und insbesondere die Fernsteuerung zum Zusammenbau zweier Gegenstände ohne direkte Sicht dieser Gegenstände gut zu erreichen.

Claims

1. Verfahren zur Fernsteuerung des Zusammenbaus eines ersten Gegenstandes (N) mit einem zweiten Gegenstand (S), wobei dieser Zusammenbau durch den Befehl einer relativen Verschiebung des ersten Gegenstandes (N) in bezug auf den zweiten Gegenstand (S) durchgeführt wird, wobei diese Verschiebung eine Bewegung der Annäherung durch Verschieben des ersten Gegenstandes in Richtung des zweiten Gegenstandes und/oder eine seitliche Verschiebebewegung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand und/oder eine Drehbewegung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand ist, wobei diese Gegenstände einen ersten bzw. einen zweiten Zusammenbauteil (1, 2) haben, und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es besteht aus:

- Festlegen eines ersten und eines zweiten Bezugssystems (O&sub1;, XA, YA, ZA und O&sub2;, XS, YS, ZS), die mit dem ersten bzw. zweiten Gegenstand (N, S) verbunden sind, wobei jedes Bezugssystem durch einen Ursprung und drei orthogonale Achsen festgelegt ist,

- Bestimmen von momentanen Abstandswerten (X, Y, Z) in dem ersten Bezugssystem (O&sub1;, XA, YA, ZA) während der genannten relativen Verschiebung zwischen dem Ursprung (O&sub2;) des zweiten Bezugssystems und dem Ursprung (O&sub1;) des ersten Bezugssystems, und von momentanen Cardan'schen Winkelwerten (φ, θ, ψ), Rollwinkel, Nickwinkel und Gierwinkel genannt, der Achsen des zweiten Bezugssystems in bezug auf die jeweils entsprechenden Achsen des ersten Bezugssystems,

- Behandeln der genannten momentanen Werte, um auf einer Anzeigeeinrichtung (4), die mit dem ersten Gegenstand (N) verbunden ist, anzuzeigen die momentanen Abstandswerte (X, Y, Z) und die Cardan'schen Winkel (φ, θ, ψ) und wenigstens ein erstes Polygon (PN), das an dieser Einrichtung festgelegt ist und einen fiktiven Contour des genannten ersten Zusammenbauteils (1) darstellt, ein zweites zu dieser Einrichtung bewegbares Polygon (PS1), das einen fiktiven Contour des genannten zweiten Zusammenbauteils (2) darstellt, wobei diese zwei Polygone dieselbe Form und ähnliche Abmessungen haben, und das zweite Polygon eine momentane Position und Ausrichtung hat, die von den entsprechenden momentanen Werten der Cardan'schen Winkel (φ, θ, ψ) des zweiten Gegenstandes in bezug auf den ersten Gegenstand abhängen, und ein drittes Polygon (PS2) im Inneren des und homothetisch zu dem zweiten Polygon (PS1) und derselben Ausrichtung wie das zweite Polygon, wobei dieses dritte Polygon (PS2) im Inneren des zweiten Polygons (PS1) bewegbar ist und eine Position in Abhängigkeit von den Seitlichen Abständen (Y, Z) des zweiten Gegenstandes in bezug auf den ersten Gegenstand einnimmt,

- ausgehend von dieser Anzeige auf die Steuerung (P) der genannten relativen Verschiebung zu wirken, um bis zu einem Wert Null des genannten Abstandes zwischen den Ursprüngen der Bezugssysteme das erste und das zweite Polygon (PN, PS1) in Deckung zu bringen und das dritte Polygon (PS2) in dem zweiten Polygon (PS1) zu zentrieren.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner darin besteht, durch Behandeln der momentanen Werte der Cardan'schen Winkel (φ, θ, ψ) auf der genannten Anzeigeeinrichtung (4) die momentanen Werte (φ', θ', ψ') der Geschwindigkeitsänderung der Cardan'schen Winkel im Laufe der Verschiebung anzuzeigen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner darin besteht, durch Behandeln der momentanen Abstandswerte auf der genannten Anzeigeeinrichtung (4) momentane Geschwindigkeitswerte (X') der Annäherung des genannten ersten Gegenstandes (N) an den genannten zweiten Gegenstand (S) anzuzeigen.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es auch darin besteht, jeweils durch bewegbare Gleitzeiger (27, 32) an festen Skalen die Entwicklung der momentanen Werte der Querabstände (Y, Z) und durch sich unterscheidene Zeichen (31, 36) die Voraussage der Entwicklung dieser Abstände in einem bestimmten Sinn anzuzeigen.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, jeweils die Werte der Geschwindigkeitsänderung (φ', θ', ψ') der Cardan'schen Winkel in bewegbaren Gleitzeigern (6, 12, 16) gegenüber festen Skalen anzuzeigen.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, die Verschiebungen des zweiten und dritten Polygons und der Gleitzeiger auf der Anzeigeeinrichtung mit zunehmender Genauigkeit zu berechnen, wenn der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Gegenstand abnimmt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, die momentanen Werte (X') der Annäherungsgeschwindigkeiten in einem Gleitzeiger (21) anzuzeigen, der gegenüber einer Skala mit vorbeilaufenden Werten fest ist, und die Voraussage der Zunahme oder der Abnahme dieser Geschwindigkeiten durch ein sich unterscheidendes Zeichen (25) anzuzeigen.

8. System zur Fernsteuerung des Zusammenbaus eines ersten Gegenstandes (N) mit einem zweiten Gegenstand (S), wobei dieser Zusammenbau durch den Befehl einer relativen Verschiebung des ersten Gegenstandes (N) in bezug auf den zweiten Gegenstand (S) durchgeführt wird, wobei diese Verschiebung eine Bewegung der Annäherung durch Verschieben des ersten Gegenstandes in Richtung des zweiten Gegenstandes und/oder eine seitliche Verschiebebewegung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand und/oder eine Drehbewegung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand ist, wobei diese Gegenstände einen ersten bzw. einen zweiten Zusammenbauteil (1, 2) darstellen, und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das System umfaßt:

- eine Peileinrichtung (40), um in einem ersten Bezugssystem (O&sub1;, XA, YA, ZA), das mit dem ersten Gegenstand (N) verbunden ist, während der Verschiebung repräsentative Signale der momentanen Abstandswerte zwischen dem Ursprung des ersten Bezugssystems, das mit dem ersten Gegenstand verbunden ist, und dem Ursprung eines zweiten Bezugssystems (O&sub2;, XS, YS, ZS), das mit dem zweiten Gegenstand (S) verbunden ist, und momentane Werte der Cardan'schen Winkel (φ, θ, ψ), die Rollwinkel, Nickwinkel und Gierwinkel genannt werden, jeweils zwischen den Achsen des zweiten Systems und den entsprechenden Achsen des ersten Systems zu liefern, wobei jedes System durch einen Ursprung und drei orthogonale Achsen festgelegt ist, wobei die repräsentativen Signale der momentanen Werte an Ausgängen (41) der Peileinrichtung (40) geliefert werden,

- einen Rechner (3), der mit einem Speicher (42) und den Ausgängen (41) der Peileinrichtung verbunden ist, um die repräsentativen Signale der momentanen Werte zu behandeln und um diese momentanen Werte zu erhalten und um die genannte Steuerung der Bewegung des ersten Gegenstandes (N) in bezug auf den zweiten Gegenstand (S) zu ermöglichen,

- Anzeigemittel (4), die mit den Steuerausgängen (43) des Rechners (3) verbunden sind, um auf einer Anzeigeeinrichtung während der Bewegung wenigstens die momentanen Werte (X, Y, Z) der Abstände und der Cardan'schen Winkel (φ, θ, ψ), die momentanen Werte (φ', θ', ψ') der Geschwindigkeitsänderungen der Cardan'schen Winkel, die momentanen Werte der Annäherungsgeschwindigkeiten (X') anzuzeigen, und um wenigstens ein erste Polygon (PN), das an der Einrichtung festgelegt ist und einen fiktiven Contour des genannten ersten Zusammenbauteils (1) darstellt, ein auf dieser Einrichtung bewegbares, zweites Polygon (PS1), das einen fiktiven Contour des genannten zweiten Zusammenbauteils (2) darstellt, wobei diese zwei Polygone dieselbe Form und dieselbe Abmessung haben und das zweite Polygon eine momentane Position und Ausrichtung haben, die von den entsprechendem momentanen Werten der Cardan'schen Winkel (φ, θ, ψ) des zweiten Gegenstandes in bezug auf den ersten Gegenstand abhängen, anzuzeigen, sowie ein drittes Polygon (PS2), das im Inneren des und homothetisch zu dem zweiten Polygon (PS1) mit der gleichen Ausrichtung wie dieses zweite Polygon ist, wobei dieses dritte Polygon im Inneren des zweiten Polygons bewegbar ist und eine Position in Abhängigkeit der seitlichen Abstände des zweiten Gegenstandes in bezug auf den ersten Gegenstand einnimmt, wobei diese Anzeige gestattet, die Verschiebung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand fernzusteuern, um als Folge auf die Steuerung (P) der Bewegung des ersten Gegenstandes in bezug auf den zweiten Gegenstand einzuwirken.

9. System gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Peileinrichtung (40) ein charakteristisches Ziel (R) von Reflektoren, die an dem zweiten Gegenstand (S) fest angebracht sind, und eine Einrichtung (C) umfaßt, die an dem ersten Gegenstand (N) fest angebracht ist und an den Ausgängen (41) repräsentative Signale für das Bild des Ziels, die Längen der Abstände und die Cardan'schen Winkel in dem ersten Bezugssystem liefert.

10. System gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, um die genannten repräsentativen Signale zu erhalten, von einer Fernsehkamera (C) gebildet ist, die die genannten Signale an den Ausgängen (41) bereitstellt.

11. System gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel (4) Bildschirmeinrichtungen sind, wobei das Bild des Ziels (R) auf dem Schirm mit dem genannten ersten, zweiten und dritten Polygon (PN, PS1, PS2) überlagert ist.

12. System gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildschirmanzeigemittel (4) Anzeigesteuereinrichtungen in unterschiedlicher Farbe sind.

13. System gemäß einem beliebigen der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gegenstand (N) fest an dem Arm eines Roboters angebracht ist, wobei das System verwendet wird, um den Zusammenbau des ersten Teils (1) des ersten Gegenstandes mit dem zweiten Teil (2) des zweiten Gegenstandes zu steuern.

14. System gemäß einem beliebigen der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (1) des ersten Gegenstandes (N) ein Befestigungsteil eines Raumfahrzeuges ist, der zweite Teil (2) des zweiten Gegenstandes (S) ein Befestigungsteil einer Raumstation ist, wobei das System verwendet wird, um die Begegung im Raum zwischen dem Fahrzeug und der Station zu steuern.