Verfahren und Vorrichtung zum kombinierten Simulieren und Steuern ferngesteuerter Fahrzeuge.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kombinierten
Simulieren und Steuern ferngesteuerter Fahrzeuge.
Flugsimulatoren oder Fahrzeugsimulatoren erhöhen die Sicherheit und verringern die Kosten der Ausbildung für einen echten Flug. Die Sicherheitsaspekte werden verbessert wenn unerfahrene Flugschüler fliegen lernen oder wenig erfahrene Piloten in Betriebsabläufe im Zusammenhang mit neuen Fahrzeugen oder neuen Techniken eingewiesen werden.
Aus der, auf die Anmelderin selbst zurückgehenden, DE 10 2010 035 814 B3 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines Flugsimulators mit besonderer Realitäts - Anmutung bekannt.
Der dort beschriebenen Vorrichtung, bzw. dem entsprechenden Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzustellen, mit dem der Betrieb eines Simulators mit besonderer Realitäts - Anmutung zum Erlernen der Beherrschung eines sich in der dreidimensionalen Realität bewegenden Fahrzeugs, insbesondere eines Fluggeräts, erreicht werden kann. Zudem soll auch für den, den Lernvorgang begleitenden, Lehrer die Möglichkeit bestehen, die Lernfortschritte und den Belastungsgrad seines Schülers objektiv überwachen zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem Patentanspruch 1 eine Vorrichtung zum Betrieb eines Simulators mit besonderer Realitäts - Anmutung zum Erlernen der Beherrschung eines sich in der dreidimensionalen Realität bewegenden Fahrzeugs, beansprucht, wobei eine dem zu simulierenden Fluggerät nachgebildete
Fahrzeugkabine mit realen Bedienelementen mit einem 6 - achsigen
Industrieroboter, der über eine Tragvorrichtung, die als Fahrwerk ausgebildet sein kann, mit dem Boden verbunden ist, und wobei zur Übermittlung einer simulierten Außenansicht ein den Konturen der Fahrzeugkabine nachgebildetes Display dient. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Merkmale aufweist:
a) die Fahrzeugkabine ( 4 ) ist zusätzlich zu der Verbindung mit dem 6 - achsigen - Industrieroboter ( 1 ) über eine Einrichtung ( 6 ) für translatorische Querbewegung, die auf einer Einrichtung ( 5 ) für translatorische Längsbewegung im rechten Winkel verfahrbar montiert ist, mit dem Boden verbunden, wobei kombinierte beschleunigte Bewegungen der beiden Einrichtungen ( 6,5 ) ermöglicht werden, unabhängig von den Bewegungen des
Industrieroboters ( 1 ),
b) das den Konturen der Fahrzeugkabine ( 4 ) nachgebildete Display ist auf der Basis der OLED - Technologie gefertigt, c) zur Simulation von in der Praxis vorkommender Gefahrensituationen sind steuerbare Anlagen zur künstlichen Raucherzeugung ( 12 ), Rüttelbewegungen, Schallerzeugung und Lichterscheinungen ( 14 ) vorgesehen,
d) zur Erfassung von menschlichen Stressreaktionen sind steuerbare Anlagen zur Erfassung des Hautwiderstandes ( 10 ) und der
Detektion von Personenbewegungen und der Physiognomie ( 16 ) vorgesehen,
e) einen Sensor (17 ) zur Erfassung der tatsächlichen Bewegungen der Fahrzeugkabine,
f) eine Anlage zur externen Bedienung und Steuerung des Simulators, die auch die Reaktionen eines Flugschülers registriert.
Weiter sind, ebenfalls aus dem Bestand der Anmelderin, aus der DE 10 2010 053 686 B3 ein autonomes Sicherheitssystem für die Benutzer von Fahrzeugsimulatoren oder Flugsimulatoren und ein Verfahren zur gefahrlosen Benutzung solcher
Simulatoren bekannt. Diesen liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzustellen, mit denen, neben der Vermittlung betriebstechnischer Kenntnisse von Fahrzeugen oder Flugzeugen, auch die Sicherheit des Benutzers eines Fahrzeugsimulators bei einer technischen Störung oder einem Unfall im
Vordergrund steht.
Im Patentanspruch 1 wird diesbezüglich beansprucht
Eine Autonomes Sicherheitssystem für die Benutzung von Fahrzeugsimulatoren oder Flugsimulatoren in der Form einer, mittels eines 6 - Achs - Roboters betätigten Simulations - Kanzel ( 3 ), mit den folgenden Merkmalen: a) einem, nur für Zugangsberechtigte geöffneten, mehrfach an allen
Ecken einer Sicherheitsabgrenzung ( 9 ) mittels
Überwachungssensoren ( 11 ) abgesicherten, Zugangsbereich, b) einer, auf einer Laufschiene ( 14 ) an jeden Ort des Operationsbereichs des Fahrzeugsimulators verfahrbaren Rettungseinheit ( 13 ), wobei diese eine Rettungsplattform ( 25 ), eine Reling ( 24 ) und eine
Rettungsrutsche ( 26 ) aufweist,
c) einer im gesamten Operationsbereich installierten stoßabsorbierenden Oberfläche, wobei sich diese über den gesamten Operationsbereich der Kanzel ( 3 ) erstreckt,
d) einer aus mehreren Ebenen zusammengesetzten Projektionsfläche ( 33, 34 )
Dennoch sind die, für den jeweiligen Simulationsbetrieb in die Fahrzeugkabine übermittelten, Betriebsdaten auch bei sehr realistischer Anmutung verschieden von den Betriebsdaten wie sie bei einem realen Betrieb eines Fahrzeugs auftreten. Denn ein realer Pilot erfasst mit seinen menschlichen Sinnen bewusst oder unbewusst weit mehr als normalerweise in einer Fahrzeugkabine simuliert wird. Besonders deutlich wird dies in den Fällen in denen autonome Flugkörper, so genannte Drohnen, von Piloten gesteuert werden, die tatsächlich echte Flugmanöver bewirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Simulation von Fahrzeugenbewegungen vorzustellen, mit denen sich, vor allem bei tatsächlich stattfindenden Fahrzeugbewegungen, für den jeweiligen Piloten der Grad der Realitäts - Anmutung deutlich erhöht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ,
Vorrichtung zum kombinierten Simulieren und Steuern
ferngesteuerter Fahrzeuge in einem Simulator, wobei eine dem zu
steuernden Fahrzeug nachgebildete Fahrzeugkabine mit realen
Bedienelementen mit einem 6 - achsigen Industrieroboter, der über eine Tragvorrichtung, die als Fahrwerk ausgebildet sein kann, mit dem
Boden verbunden ist, und wobei zur Übermittlung einer simulierten
Außenansicht ein den Konturen der Fahrzeugkabine nachgebildetes
Display dient,
dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Merkmale aufweist, a) eine Empfangseinheit zum Empfang optischer Daten des zu
steuernden Fahrzeugs
b) eine Empfangseinheit zum Empfang akustischer Daten des zu
steuernden Fahrzeugs,
c) eine Sende - und Empfangseinheit zum bidirektionalen Übermitteln von bewegungsrelevanten Daten,
d) eine Steuerungseinheit, die vom Benutzer des Simulators
mechanisch erzeugte Signale, mittels mathematischer Modelle aufbereitet, an die Steuerungs - Organe des Fahrzeugs übermittelt, e) eine im Kopfbereich des Benutzers installierte Sensoreinheit zur Erfassung der Kopfposition, wobei deren Daten die auf dem Display angezeigte Blickrichtung und / oder die Bildperspektive
beeinflussen.
Anspruch 2:
Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung für Fahrzeuge zu Land, zur See und in der Luft verwendet werden kann.
Anspruch 3:
Vorrichtung nach Anspruch 1 ,2, oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Empfangseinheit zum Empfang olfaktorischer und / oder geschmacksspezifischer Daten vorgesehen ist.
bzw. einem entsprechenden Verfahren nach Anspruch 4
Verfahren zum kombinierten Simulieren und Steuern
ferngesteuerter Fahrzeuge in einem Simulator, wobei eine dem zu
steuernden Fahrzeug nachgebildete Fahrzeugkabine mit realen
Bedienelementen mit einem 6 - achsigen Industrieroboter, der über eine Tragvorrichtung, die als Fahrwerk ausgebildet sein kann, mit dem
Boden verbunden ist, und wobei zur Übermittlung einer simulierten
Außenansicht ein den Konturen der Fahrzeugkabine nachgebildetes
Display dient,
dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Merkmale aufweist, a) dem Benutzer des Simulators werden von dem zu steuernden
Fahrzeug aktuelle, von Sensoren ermittelte, Daten aus den
Bereichen der Optik, der Kinematik der Bewegung und der Akustik übermittelt,
b) der Benutzer des Simulators erhält somit nahezu den selben
Eindruck von dem Bewegungsvorgang des Fahrzeugs wie ein real existierender Pilot und kann auf eine aktuelle Situation gemäß seiner Erfahrung und / oder Intuition reagieren,
c) die Art und Weise der Reaktion des Benutzers des Simulators wird in mechanisch abgenommene Signale umgesetzt, mittels mathematischer Modelle aufbereitet, dem zu steuernden Fahrzeug übermittelt und dort in reale Steuerungsvorgänge umgesetzt, d) eine im Kopfbereich des Benutzers installierte Sensoreinheit ist zur Erfassung der Kopfposition vorgesehen, wobei deren Daten die auf dem Display angezeigte Blickrichtung und / oder die Bild Perspektive beeinflussen.
Anspruch 5;
Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung für Fahrzeuge zu Land, zur See und in der Luft verwendet werden kann.
Anspruch 6:
Verfahren nach einem der Fahrzeuge 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Übermittlung olfaktorischer und / oder
geschmacksspezifischer Daten aus dem Fahrzeug vorgesehen ist.
Anspruch 7:
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Anspruch 8:
Maschinenlesbarer Träger mit dem Programmcode eines Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird. gelöst.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Benutzer des Simulators durch die Übermittlung von wichtigen Daten aus einem real sich bewegenden Fahrzeug in die Lage zu versetzen sich so zu fühlen als wäre er tatsächlich der Pilot des jeweiligen Fahrzeugs. Als Fahrzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung gelten alle
Fahrzeuge die an Land, auf See und in der Luft gebräuchlich sind.
Im Folgenden wird die Erfindung näher beschrieben.
Da Luftfahrzeuge ersichtlich am schwierigsten zu steuern und in der Luft zu halten sind, wird die Erfindung am Beispiel von Luftfahrzeugen beschrieben.
In zunehmendem Maß erobern unbemannte Luftfahrzeugssystem auch im zivilen Bereich den Luftraum. So sind solche Flugkörper sogar in der Endfassung des neuen
Luftverkehrsgesetzes für Deutschland erwähnt. Diese, im militärischen Bereich meist Drohnen genannten Flugkörper, können Orte anfliegen, die der Mensch nur schwer erreicht und sind meist billiger und sicherer als Hubschrauber. Gegenüber Satelliten haben sie den Vorteil dass sie nicht nur bestimmte Orte direkt und näher anfliegen und untersuchen können, sondern dies auch mehrfach solange tun können bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist.
Die Traglast für gebräuchliche derartige Flugkörper ist jedoch beschränkt und deshalb deren Einsatzbereich noch etwas eingeschränkt.
Größere derartige unbemannte Luftfahrzeugsysteme würden jedoch derzeit noch einen Piloten erfordern dessen Gewicht jedoch wiederum negativ zu Buche schlägt. Abgesehen davon gibt es auch im zivilen Bereich Einsätze die den Verlust von Menschenleben zur Folge haben können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass schon vorhandene Flugsimulatoren, wie die in der Beschreibungseinleitung genannten, zusätzlich mit Einheiten versehen werden, die für den Empfang von Daten aus zu steuernden Fahrzeugen, beispielsweise von unbemannten Luftfahrzeugsystemen, ausgerüstet sind. Hierdurch wird der Benutzer eines solchen Simulators in die Lage versetzt, in nahezu Echtzeit, für die Steuerung eines Fahrzeugs in realer Bewegung benötigte Flugdaten zu erhalten. Um für eine solche aktive Steuerung jedoch notwendige Korrekturdaten an den zu steuernden Flugkörper zu senden ist zusätzlich
vorgesehen, dass bewegungsrelevante Daten mittels einer im Bereich des
Simulators angeordneten Sendestation quasi auf bidirektionalem Weg zu dem Flugkörper gesendet werden.
Solche bewegungsrelevante Daten werden mittels mechanischer Signale erzeugt die der Benutzer des Simulators mittels konventionell betätigter Pedale oder Sidesticks erzeugt, und die mittels geeigneter mathematischer Modelle, bzw. Operationen, aufbereitet an die Steuerungs - Organe des jeweiligen Fahrzeugs gesendet werden. In der rechtzeitigen und richtigen Erzeugung dieser Signale spiegelt sich die
Erfahrung eines Simulator - Piloten ebenso wie eine gewisse, aus Erfahrung gewonnene, Intuition.
Die vom zu steuernden Fahrzeug gesendeten Daten die optischen, akustischen oder situationsbedingten Charakter haben, benötigen nur insofern eine bidirektionale
Ausprägung als auf diesem Weg diese Art Daten in gewissen Abständen oder beständig angefordert werden.
Eine im Kopfbereich des Benutzers installierte Sensoreinheit ist zur Erfassung der Kopfposition vorgesehen, wobei deren Daten die auf dem Display oder der
Projektionswand angezeigte Blickrichtung und / oder die Bildperspektive
beeinflussen.
Die Steuerung der komplexen Bewegungsvorgänge und die Signalverarbeitung der verwendeten Sensoren erfordern ein spezielles Steuerungsprogramm