EP2929519A2 - Verfahren und vorrichtung zum kombinierten simulieren und steuern ferngesteuerter fahrzeuge mit einem benutzerfreundlichen projektionssystem - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum kombinierten simulieren und steuern ferngesteuerter fahrzeuge mit einem benutzerfreundlichen projektionssystem

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EP2929519A2
EP2929519A2 EP13852371.7A EP13852371A EP2929519A2 EP 2929519 A2 EP2929519 A2 EP 2929519A2 EP 13852371 A EP13852371 A EP 13852371A EP 2929519 A2 EP2929519 A2 EP 2929519A2
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EP
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vehicle
user
simulator
controlled
real
Prior art date
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EP13852371.7A
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English (en)
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Olaf GÜHRING
Holger Schmidt
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Grenzebach Maschinenbau GmbH
Original Assignee
Grenzebach Maschinenbau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Grenzebach Maschinenbau GmbH filed Critical Grenzebach Maschinenbau GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for combined
  • Flight simulators or vehicle simulators increase safety and reduce the cost of training for a real flight.
  • the safety aspects are improved when inexperienced students learn to fly or when less experienced pilots are instructed in operations related to new vehicles or new techniques.
  • the device described there, or the corresponding method is based on the object of presenting a device and a method with which the operation of a simulator with a special realism impression for mastering the control of a vehicle moving in three-dimensional reality, in particular of an aircraft, can be achieved.
  • teachers should also be able to objectively supervise the learning progress and the level of stress of the student accompanying the learning process.
  • a device for operating a simulator with a special realism - appearance to learn the mastery of a moving in the three-dimensional reality vehicle claimed, wherein the simulated aircraft to be simulated
  • a support device which may be designed as a chassis connected to the ground, and wherein for the transmission of a simulated exterior view of the contours of the vehicle cabin replicated display is used.
  • This device is characterized by having the following features: a) the vehicle cabin (4) is in addition to the connection with the 6 - axis industrial robot (1) via a device (6) for translational transverse movement, which is mounted on a device (5) for translational longitudinal movement movable at right angles, with connected to the ground, allowing combined accelerated movements of the two devices (6,5), regardless of the movements of the
  • An autonomous safety system for the use of vehicle simulators or flight simulators in the form of a simulation pulpit (3) actuated by means of a 6 - axis robot comprising the following features: a) one, open only to authorized persons, multiple at all
  • a rescue unit (13) movable on a running track (14) to any location in the operating area of the vehicle simulator, comprising a rescue platform (25), a railing (24) and a safety platform
  • the operating data transmitted to the vehicle cabin for the respective simulation operation are different from the operating data even in the case of a very realistic appearance, as occurs in the case of a real operation of a vehicle.
  • a real pilot with his human senses consciously or unconsciously detects far more than is normally simulated in a vehicle cabin. This becomes particularly clear in cases in which autonomous missiles, known as drones, are controlled by pilots who actually cause real maneuvers.
  • the present invention is therefore based on the object to present a device and a method for simulating vehicle movements, with which, especially in actually occurring vehicle movements, for the respective pilot, the degree of reality - appearance by a
  • remotely controlled vehicles in a simulator with one to controlled vehicle with real controls with a 6 - axis industrial robot over a
  • Carrying device is connected to the ground, and wherein the
  • a sensor (8) is installed in the head area of the user for detecting the head position, the data of which influence the viewing direction and / or the image perspective displayed on the display.
  • Chassis is designed. Claim 4:
  • simulation or control is used for vehicles on land, on the water or in the air.
  • an AMOLED system adapted to a cockpit or a large screen is used as the visualization element.
  • a receiving unit for receiving olfactory and / or flavor-specific data or a corresponding method according to claim 7
  • a support device which may be designed as a chassis, is connected to the ground, and wherein for transmitting a simulated
  • the user of the simulator is provided with current, sensor-determined data from the fields of optics, kinematics of motion and acoustics from the vehicle to be controlled, b) the user of the simulator thus receives almost the same
  • a sensor is used to adjust the pair of eyes of the user with respect to the longitudinal axis of the vehicle pulpit when projected in the starting position of the vehicle, taking into account its loading
  • a device imperceptibly tracks the real position of the vehicle in the calculated position by means of a GPS system in the case of a real controlled vehicle.
  • a sensor (8) is installed in the head area of the user for detecting the head position, the data of which influence the viewing direction and / or the image perspective displayed on the display.
  • the simulation or control is used for vehicles on land, water and in the air, and that the transmission of olfactory and / or flavor-specific data from the vehicle is provided.
  • Machine-readable medium with the program code of a computer program for carrying out the method according to one of Claims 8 to 10 when the program is executed in a computer.
  • the invention is based on the idea to enable the user of the simulator by transmitting important data from a real moving vehicle in a position to feel as if he were actually the pilot of the respective vehicle.
  • Simulator arranged transmitting station quasi bidirectional way to the missile to be sent.
  • Such movement-relevant data are generated by means of mechanical signals which the user of the simulator generates by means of conventionally actuated pedals or sidesticks, and which are sent to the control organs of the respective vehicle by means of suitable mathematical models or operations, prepared.
  • the timely and correct generation of these signals reflects the
  • the data sent by the vehicle to be controlled which have optical, acoustic or situational character, require a bidirectional expression only insofar as in this way this type of data is requested at certain intervals or constantly.
  • FIG. 1 shows an overview of a missile representation.
  • the process of simulating a control operation of a moving vehicle is the same as the operation of controlling a vehicle actually moving in the known 3D world.
  • the control of a real moving vehicle is sketched in Fig. 1 as in accordance with the invention ensures that the position of the vehicle, here a missile, on the screen of the simulator with the position of a missile in reality in accordance is brought.
  • 1 denotes the real or real position of a missile and 2 denotes an assumed position on the screen of the simulator.
  • GPS system global positioning system
  • the projection surface of the simulator is marked in FIG. 1, while the stylistic representations 5 and 6 show a calculated positioning 5 of the missile shown and 6 a positioning corrected by the action of the GPS system. 7 indicates a connection with a simulator 's 6 - axis robot.
  • FIG. 2 shows an image of a projection situation, which represents another user-friendly feature of the system according to the invention.
  • 7 denotes the connection to a known 6-axis robot and 5 represents the positioning calculated in the simulator or the simulator itself.
  • a head sensor 8 is shown, which detects the current position of the head and thus not only indicates the viewing direction of the user, but also the distance of the head from the projection system, or the screen registered.
  • These data acquired by the head sensor 8 not only allow the spatial area shown on the screen to be adapted to the viewing direction of the user, but also additionally increase or decrease the size of the image section shown when the user's head is approaching or retreating from the screen.
  • Another, unspecified, sensor is used to adjust the pair of eyes with respect to the longitudinal axis of the vehicle's pulpit for projection at a standstill.
  • standstill here the starting position of a remote-controlled vehicle is called. This starting position differs depending on the position of the center of gravity of a vehicle, with the center of gravity shifting in the main with the loading of a vehicle.
  • a so-called simulation model 80/20 is used. This means that the impression of reality or the feeling of the genuineness of the overall impression, about 80% by the visualization and about 20% by the representation of the movement is achieved. In the representation of fast and large-scale movements, this ratio shifts accordingly in favor of the movement.
  • Conceivable are mathematical models for water, land and air.
  • the movements and the visualization are clocked at 60 Hz and can be replaced at any time by real-time data.
  • Superimposed images may also be generated by a method called a synthetic vision.
  • real-time images from the database can be overlaid with synthetic images.
  • Their resolution can be between 10cm / pixel and
  • the visualization in the simulator can be done via so - called AMOLED systems (activ - matrix organic light - emission diode), which is adapted to the size of the visible surface of a missile, or with a large screen which has an image area of up to 155 m 2 can.
  • AMOLED systems activate - matrix organic light - emission diode
  • the images from the vehicle are displayed in real time on the operator station
  • the system is controllable both from the vehicle pulpit and from an operator station.
  • a receiving unit for receiving olfactory and / or flavor-specific data is provided which simulate, for example, burning smell and / or the tasting of air particles.

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Abstract

Vorrichtung und 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 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 übermittelt, b) der Benutzer des Simulators erhält somit nahezu den selben Eindruck von dem Bewegungsvorgang des Fahrzeugs wie ein real existierender Pilot, c) die Art und Weise der Reaktion des Benutzers des Simulators wird in mechanisch abgenommene Signale umgesetzt, d) eine im Kopfbereich des Benutzers installierte Sensoreinheit ist zur Justierung des Augenpaares vorgehen, e) eine Vorrichtung führt mittels eines GPS - Systems im Fall eines real gesteuerten Fahrzeugs die reale Position des Fahrzeugs der errechneten Position nach.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum kombinierten Simulieren und Steuern ferngesteuerter Fahrzeuge mit einem benutzerfreundlichen Proiektionssvstem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kombinierten
Simulieren und Steuern ferngesteuerter Fahrzeuge mit einem benutzerfreundlichen Projektionssystem.
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 Erlemen 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 durch ein
anwenderfreundliches Projektionssystem 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 über eine
Tragvorrichtung 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, sowie eine Empfangseinheit zum Empfang akustischer Daten des zu steuernden Fahrzeugs, b) eine Sende - und Empfangseinheit zum bidirektionalen Übermitteln von bewegungsrelevanten Daten,
c) eine Steuerungseinheit, die vom Benutzer des Simulators
mechanisch erzeugte Signale, mittels mathematischer Modelle aufbereitet, an die Steuerungs - Organe des Fahrzeugs übermittelt, d) ein Sensor für die Justierung des Augenpaares des Benutzers
hinsichtlich der Längsachse der Fahrzeugkanzel bei der Projektion in der Ausgangslage des zu steuernden Fahrzeugs, e) eine Vorrichtung zur unmerklichen Nachführung der mathematisch errechneten Position des Fahrzeugs auf die von einem GPS ermittelte Position.
Anspruch 2:
Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Sensor ( 8 ) im Kopfbereich des Benutzers zur Erfassung der Kopfposition installiert ist, wobei dessen Daten die auf dem Display angezeigte Blickrichtung und / oder die Bildperspektive beeinflussen.
Anspruch 3:
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Tragvorrichtung des 6 - achsigen Industrieroboters als
Fahrwerk ausgebildet ist. Anspruch 4:
Vorrichtung nach Anspruch 1 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Simulation oder Steuerung für Fahrzeuge zu Land, auf dem Wasser oder in der Luft verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass als Visualisierungselement ein, einem Cockpit angepasstes, AMOLED - System oder eine Großleinwand verwendet wird.
Anspruch 6:
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Empfangseinheit zum Empfang olfaktorischer und / oder geschmacksspezifischer Daten vorgesehen bzw. einem entsprechenden Verfahren nach Anspruch 7
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 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, im Falle einer realen Steuerung, übermittelt und dort in reale Steuerungsvorgänge umgesetzt,
d) ein Sensor dient der Justierung des Augenpaares des Benutzers hinsichtlich der Längsachse der Fahrzeugkanzel bei der Projektion in der Ausgangslage des Fahrzeugs, wobei dessen Beladung berücksichtigt wird,
e) eine Vorrichtung führt mittels eines GPS - Systems im Fall eines real gesteuerten Fahrzeugs die reale Position des Fahrzeugs der errechneten Position unmerklich nach.
Anspruch 8:
Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Sensor ( 8 ) im Kopfbereich des Benutzers zur Erfassung der Kopfposition installiert ist, wobei dessen Daten die auf dem Display angezeigte Blickrichtung und / oder die Bildperspektive beeinflussen.
Anspruch 9:
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Simulation oder die Steuerung für Fahrzeuge zu Land, zu Wasser und in der Luft verwendet wird, und dass die Übermittlung olfaktorischer und / oder geschmacksspezifischer Daten aus dem Fahrzeug vorgesehen ist.
Anspruch 10: Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Darstellung der Bewegungen sowie die Visualisierung mit 60Hz getaktet werden, und
dass Echtzeitbilder aus einer Datenbank mit synthetischen Bildern überlagert werden, wobei deren Auflösung zwischen 10cm/Pixel und 15m/Pixel variieren kann.
Anspruch 11 :
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 8 bis 10 wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Anspruch 12:
Maschinenlesbarer Träger mit dem Programmcode eines Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 10 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.
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.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben.
Es zeigen im Einzelnen: Fig.1 : eine Übersicht einer Flugkörper - Darstellung
Fig.2: ein Abbild einer Projektions - Situation
In der Fig.1 ist eine Übersicht einer Flugkörper - Darstellung gezeigt. Für den Anwender ist der Vorgang der Simulation eines Steuerungsvorgangs eines sich bewegenden Fahrzeugs derselbe wie der Vorgang der Steuerung eines real sich in der bekannten 3D - Welt sich bewegenden Fahrzeugs. Für den Fall der Steuerung eines real sich bewegenden Fahrzeugs ist in der Fig. 1 skizzenartig dargestellt wie gemäß der Erfindung sichergestellt wird, dass die Position des Fahrzeugs, hier eines Flugkörpers, auf dem Bildschirm des Simulators mit der Position eines Flugkörpers in der Realität in Übereinstimmung gebracht wird. So ist mit 1 die reale oder echte Position eines Flugkörpers bezeichnet und mit 2 eine angenommene Position auf dem Bildschirm des Simulators. Mit 3 ist ein GPS - System ( global positioning System ) bezeichnet, das als Teil des erfindungsgemäßen Systems dafür sorgt, dass die reale, echte Position des gesteuerten Flugkörpers 1 mit der Position auf dem Bildschirm des Simulators 2 übereinstimmt. Dies ist besonders von Bedeutung wenn sich in der näheren Umgebung des Flugkörpers reale Gegenstände befinden die mit dem gesteuerten Flugkörper in Aktion treten können. Von solchen Vorgängen der Korrektur der auf dem Bildschirm angezeigten Position spürt der Benutzer des Simulators nichts.
Mit 4 ist in der Fig. 1 die Projektionsfläche des Simulators gekennzeichnet, während die stilistischen Darstellungen 5 und 6 eine berechnete Positionierung 5 des gezeigten Flugkörpers und 6 eine durch Einwirken des GPS - System korrigierte Positionierung zeigt. 7 deutet auf eine Verbindung mit einem 6 - Achs - Roboter des Simulators hin.
In der Fig. 2 ist ein Abbild einer Projektions - Situation wiedergegeben, die ein weiteres benutzfreundliches Merkmal des erfindungsgemäßen Systems darstellt. Mit 7 ist hierbei die Verbindung zu einem bekannten 6 - Achs - Roboter bezeichnet und mit 5 die im Simulator berechnete Positionierung, bzw. den Simulator selbst, darstellt. Im Headset des gezeigten Benutzers ist ein Kopfsensor 8 dargestellt, der die momentane Position des Kopfes erfasst und somit nicht nur die Blickrichtung des Benutzers anzeigt, sondern auch den Abstand des Kopfes vom Projektionssystem, bzw. dem Bildschirm, registriert.
Diese vom Kopfsensor 8 erfassten Daten ermöglichen nicht nur eine Anpassung des auf dem Bildschirm gezeigten Raumbereichs an die Blickrichtung des Benutzers, sondern veranlassen zudem auch noch eine Vergrößerung oder Verkleinerung des gezeigten Bildausschnitts bei einer Annäherung oder bei einem Zurückweichen des Kopfes des Benutzers vom Bildschirm.
Ein weiterer, nicht näher bezeichneter, Sensor dient der Justierung des Augenpaares hinsichtlich der Längsachse der Fahrzeugkanzel zur Projektion im Stillstand. Mit Stillstand ist hierbei die Ausgangslage eines ferngesteuerten Fahrzeugs bezeichnet. Diese Ausgangslage ist je nach der Lage des Schwerpunkts eines Fahrzeugs unterschiedlich, wobei sich der Schwerpunkt in der Hauptsache mit der Beladung eines Fahrzeugs verändert.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein so genanntes Simulationsmodell 80/20 verwendet. Das bedeutet, dass der Realitätseindruck bzw. das Empfinden der Echtheit des Gesamteindrucks, ca. zu 80% durch die Visualisierung und ca. zu 20% durch die Darstellung der Bewegung erreicht wird. Bei der Darstellung von schnellen und großräumigen Bewegungen verschiebt sich dieses Verhältnis entsprechend zu Gunsten der Bewegung.
Denkbar sind mathematische Modelle für Wasser, Land und Luft.
Für extreme Bewegungen können mathematische Modelle geglättet werden. Die
Belastungen für den Benutzer bleiben somit in gewohntem Rahmen.
Die Bewegungen sowie die Visualisierung sind mit 60 Hz getaktet und können jederzeit durch Echtzeitdaten ersetzt werden.
Es können ferner überlagerte Bilder durch ein synthetic Vision genanntes Verfahren erzeugt werden. Hierbei können Echtzeitbilder aus der Datenbank mit synthetischen Bildern überlagert werden. Deren Auflösung kann zwischen 10cm/Pixel und
15m/Pixel variieren. Die Visualisierung bei der Darstellung im Simulator kann über so genannte AMOLED - Systeme erfolgen ( activ - matrix organic light - emission diode ) die der Größe der Sichtfläche aus einem Flugkörper angepasst ist, oder mit einer Großleinwand die eine Bildfläche von bis zu 155 m2 haben kann.
Die Bilder aus dem Fahrzeug werden in Echtzeit auf der Bedienstation
wiedergegeben. Das System ist sowohl von der Fahrzeugkanzel aus als auch von einer Bedienstation aus steuerbar.
Hinsichtlich der Sicherheitsanforderungen sind sämtliche CE - Richtlinien erfüllt.
Weiterhin kann auch eine Empfangseinheit zum Empfang olfaktorischer und / oder geschmacksspezifischer Daten vorgesehen ist die zum Beispiel Brandgeruch und / oder das Schmecken von Luftpartikeln simulieren.
Die Steuerung der komplexen Bewegungsvorgänge und die Signalverarbeitung der verwendeten Sensoren erfordern ein spezielles Steuerungsprogramm.
Bezugszeichenliste Flugkörper, reale Position Flugkörper, berechnete Position Projektionsfläche
im Simulator berechnete Position im Simulator korrigierte Position 6 - Achs - Roboter
Kopfsensor
Amoled - Projektionssystem

Claims

Patentansprüche
Anspruch 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 über eine Tragvorrichtung 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, f) eine Empfangseinheit zum Empfang optischer Daten des zu
steuernden Fahrzeugs, sowie eine Empfangseinheit zum Empfang akustischer Daten des zu steuernden Fahrzeugs, g) eine Sende - und Empfangseinheit zum bidirektionalen Übermitteln von bewegungsrelevanten Daten,
h) eine Steuerungseinheit, die vom Benutzer des Simulators
mechanisch erzeugte Signale, mittels mathematischer Modelle aufbereitet, an die Steuerungs - Organe des Fahrzeugs übermittelt, i) ein Sensor für die Justierung des Augenpaares des Benutzers
hinsichtlich der Längsachse der Fahrzeugkanzel bei der Projektion in der Ausgangslage des zu steuernden Fahrzeugs, j) eine Vorrichtung zur unmerklichen Nachführung der mathematisch errechneten Position des Fahrzeugs auf die von einem GPS ermittelte Position.
Anspruch 2:
Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Sensor ( 8 ) im Kopfbereich des Benutzers zur Erfassung der Kopfposition installiert ist, wobei dessen Daten die auf dem Display angezeigte Blickrichtung und / oder die Bildperspektive beeinflussen. Anspruch 3:
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Tragvorrichtung des 6 - achsigen Industrieroboters als Fahrwerk ausgebildet ist.
Anspruch 4:
Vorrichtung nach Anspruch 1 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Simulation oder Steuerung für Fahrzeuge zu Land, auf dem Wasser oder in der Luft verwendet wird.
Anspruch 5:
Vorrichtung nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass als Visualisierungselement ein, einem Cockpit angepasstes, AMOLED - System oder eine Großleinwand verwendet wird.
Anspruch 6:
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Empfangseinheit zum Empfang olfaktorischer und / oder geschmacksspezifischer Daten vorgesehen ist.
Anspruch 7:
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 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, f) 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,
g) 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,
h) die Art und Weise der Reaktion des Benutzers des Simulators wird in mechanisch abgenommene Signale umgesetzt, mittels mathematischer Modelle aufbereitet, dem zu steuernden Fahrzeug, im Falle einer realen Steuerung, übermittelt und dort in reale Steuerungsvorgänge umgesetzt,
i) ein Sensor dient der Justierung des Augenpaares des Benutzers hinsichtlich der Längsachse der Fahrzeugkanzel bei der Projektion in der Ausgangslage des Fahrzeugs, wobei dessen Beladung berücksichtigt wird,
j) eine Vorrichtung führt mittels eines GPS - Systems im Fall eines real gesteuerten Fahrzeugs die reale Position des Fahrzeugs der errechneten Position unmerklich nach.
Anspruch 8:
Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Sensor ( 8 ) im Kopfbereich des Benutzers zur Erfassung der Kopfposition installiert ist, wobei dessen Daten die auf dem Display angezeigte Blickrichtung und / oder die Bildperspektive beeinflussen.
Anspruch 9:
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Simulation oder die Steuerung für Fahrzeuge zu Land, zu Wasser und in der Luft verwendet wird, und dass die Übermittlung olfaktorischer und / oder geschmacksspezifischer Daten aus dem Fahrzeug vorgesehen ist.
Anspruch 10:
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Darstellung der Bewegungen sowie die Visualisierung mit 60Hz getaktet werden, und
dass Echtzeitbilder aus einer Datenbank mit synthetischen Bildern überlagert werden, wobei deren Auflösung zwischen 10cm/Pixel und 15m/Pixel variieren kann.
Anspruch 11 :
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 8 bis 10 wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Anspruch 12:
Maschinenlesbarer Träger mit dem Programmcode eines Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 10 wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
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