ES2580252B2 - Dispositivo de realidad aumentada haptico para facilitar las acciones sobre una pértiga de repostaje en vuelo - Google Patents

Dispositivo de realidad aumentada haptico para facilitar las acciones sobre una pértiga de repostaje en vuelo Download PDF

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Abstract

Dispositivo de realidad aumentada háptico para facilitar las acciones sobre una pértiga de repostaje en vuelo.#Dispositivo de realidad aumentada háptico para facilitar las acciones de control de la pértiga en pleno vuelo, permitiendo el control sobre el boom con una sola mano, sin necesidad de alguna de entrenamiento en lo que a sus movimientos se refiere. El sistema, además, no solamente proporciona información sobre cómo se está realizando la operación, sino que también proporciona ayuda, indicando al "boomer" cuándo un movimiento determinado está totalmente prohibido (imposibilitando dicho movimiento) o no es recomendable (haciendo que sea necesario aplicar más fuerza para realizarlo).

Description

imagen1
DISPOSITIVO DE REALIDAD AUMENTADA HAPTICO PARA FACILITAR LAS ACCIONES SOBRE UNA PÉRTIGA DE REPOSTAJE EN VUELO
DESCRIPCIÓN
5
OBJETO DE LA INVENCIÓN
Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece, un dispositivo de realidad aumentada háptico para facilitar las acciones sobre una pértiga 10 de repostaje en vuelo desde una avión nodriza o tanquero hacia una nave a repostar.
También es objeto de la invención un dispositivo para el control del dispositivo de realidad aumentada háptico.
15 Otro objeto de la invención es el sistema en el que se integra el dispositivo de control del dispositivo de realidad aumentada háptico.
Cuando se realizan las tareas de repostaje en vuelo desde un avión nodriza hacia un avión receptor se emplea una pértiga que parte del avión nodriza y que está provista 20 en su extremo, con lo que se conoce en el sector como “boom”, mientras que los especialistas encargados del manejo del boom se conocer como “boomers” u operadores de pértiga, empleando para ello unos dispositivos denominados “joysticks”.
Caracteriza al dispositivo de realidad aumentada háptico, así como al dispositivo de
25 control en el que se integra, el hecho de permitir realizar las acciones de control sobre el “boom” y la pértiga con unas sola mano, sin necesidad de entrenamiento en lo que a sus movimientos se refiere. Además el sistema proporciona información y ayuda sobre cómo se está realizando la operación, indicando al operador sin una operación es recomendable o no.
30 Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los sistemas de control háptico por un lado, y de los sistemas de operaciones de control de repostaje en vuelo.
35 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
imagen2
Actualmente, cuando se realizan las tareas de repostaje en vuelo con una pértiga o “boom”, los especialistas encargados del manejo de las mismas son conocidos como “boomers” u operadores, empleando unos dispositivos de palanca de mando o “joysticks”, para el control de ese elemento de reabastecimiento.
5 Dichos elementos de control permiten el movimiento de dicho Boom en vertical o en horizontal de forma similar a la usada en los videojuegos para volar en un avión, o dirigir un automóvil. De igual forma, la extracción y retracción de la pértiga o parte extensible del boom, se realiza con otra palanca de mando o joystick que se suele
10 manejar con la mano izquierda. Aunque estos dispositivos empleados son bastante intuitivos, se requiere un entrenamiento previo para que el operario asocie sus movimientos con los del boom a controlar. Como se ha indicado, requieren de ambas manos para manejar el boom de repostaje y no suelen proporcionar al usuario ningún tipo de realimentación sobre cómo se está desarrollando la operación ni sobre las
15 acciones que están o no permitidas ni sobre aquellas recomendadas en el transcurso de un repostaje. Las palancas de mando o joystick del estado de la técnica empleados para el manejo de las pértigas o booms, son complejos de manejar, debiendo emplear las dos manos, además de requerir un entrenamiento previo, careciendo de medio alguno de
20 indicación de si el movimiento que se pretende realizar está permitido o no.
En el estado de la técnica se conoce el documento US 2010/0200705 A1 que divulga un conjunto de control y mando para una aeronave, particularmente para controlar y dirigir las superficies de control de vuelo de la aeronave, así como para controlar y 25 comandar dispositivos de la aeronave que requieren un control aerodinámico, que comprende: unos medios de accionamiento para mover las superficies de control de vuelo; Un sistema de control de vuelo automático para la aeronave o dispositivo de avión, conectado a medios de accionamiento para mover las superficies de control de vuelo; Y al menos un botón de control de vuelo sobre el cual actúa el operador o piloto
30 y que recibe una fuerza aplicada por el piloto, conectada al sistema de control de vuelo automático y al medio de accionamiento para mover las superficies de control de vuelo.
Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar un dispositivo que facilite el
35 control y manejo de las pértigas o boom empleadas en el repostaje en vuelo, que pueda ser utilizado con una sola mano y que cuente con medios de indicación de si los movimientos que se pretenden realizar están permitidos o no, desarrollando un dispositivo como el que a continuación se describe y que queda recogido en su esencialidad en la reivindicación primera.
imagen3
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Es objeto de la presente invención un dispositivo de realidad aumentada háptico para facilitar las acciones de control de la pértiga en pleno vuelo, permitiendo el control sobre el boom con una sola mano, sin necesidad de alguna de entrenamiento en lo que a sus movimientos se refiere. El sistema, además, no solamente proporciona información sobre cómo se está realizando la operación, sino que también proporciona ayuda, indicando al “boomer” cuándo un movimiento determinado está totalmente prohibido (imposibilitando dicho movimiento) o no es recomendable (haciendo que sea necesario aplicar más fuerza para realizarlo).
Gracias al dispositivo se permite automatizar completa o parcialmente el proceso de repostaje en vuelo. Este dispositivo y el mecanismo de control asociado mejoran radicalmente la situación actual, permitiendo al usuario manejar con una sola mano el boom.
También es objeto de la presente invención el dispositivo de control en el que se integra el dispositivo de realidad aumentada que permite facilitar las acciones sobre una pértiga de repostaje.
El dispositivo háptico y el dispositivo de control se integran en un sistema que ayuda al control y repostaje en vuelo.
El dispositivo háptico comprende:
-
un primer doble juego de motores que permiten un desplazamiento horizontal de forma semejante a un boom real
-
un segundo doble juego de motores que permiten un movimiento de cabeceo o de “pitch”, y que giran respecto a un eje ortogonal al eje de giro del primer juego de motores.
-
un contrapeso para equilibrar las fuerzas
-
un vibrador que en función del tipo y frecuencia de la misma podrá indicar al usuario la existencia de alguna inconveniencia o no a la hora de realizar un movimiento pretendido.
imagen4
5 En todos los motores se ha incluido un sensor de posición o decoder con el fin de determinar adecuadamente la posición del motor respecto a su eje de giro.
El sistema en el que se integra el dispositivo de control háptico a su vez comprende:
10 -Subsistema de información que comprende:
o Base de datos con modelos 3D de todos los elementos necesarios en una operación de repostaje (pértigas, aviones, etcétera).
o Sistema experto incluyendo información sobre la operativa
(movimientos prohibidos, recomendaciones, etcétera. 15
- Subsistema de Percepción que comprende:
o Medios de Captación de imágenes. Sistema redundante a cargo de la captación visual de la información relativa a la operación. El sistema está preparado para fusionar varios tipos de información visual.
20 • Captación de imágenes con iluminación estructurada: una secuencia de imágenes capturadas con un conjunto de cámaras a una tasa predeterminada de fotogramas por segundo.
• Captación de imágenes con cámaras con sensores de tiempo de vuelo (ToF).
25 • Información de cámaras de la instrumentación estándar de aeronaves de recarga. El sistema permite la conexión de las cámaras ubicadas de forma estándar en estas aeronaves, aptas para la fase inicial de la operación de recarga, cuando la aeronave a repostar está a más de 15 metros de distancia. Esta
30 información se usará para aportar redundancia adicional al sistema.
o Captación de información contextual. Sistema de sensores que captura información del entorno de interés para la operación (Posición GPS de aeronave de recepción, posición GPS de aeronave de recarga,
35 distancia relative pértiga- receptáculo humedad, temperatura, viento, sensores de movimiento de la pértiga real, etcétera).
imagen5
- Subsistema de Análisis. Es la parte fundamental de la invención, y permite crear un modelo 3D del estado de la operación en tiempo real (máximo de 2 fotogramas de retardo,) a partir del análisis de los datos proporcionados por el
5 sistema de percepción. En concreto, usando métodos de análisis de imágenes con iluminación estructurada sobre una combinación de las imágenes captadas y la información de la localización del avión receptor, permite realizar un posicionamiento virtual de un modelo 3D del receptor en el entorno del boom.
10 - Subsistema de inteligencia de repostaje. A partir del resultado del análisis efectuado por el subsistema anterior, y utilizando la información del sistema experto en operaciones de repostaje, este subsistema determina y actualiza en tiempo real:
o La secuencia recomendada de movimientos a realizar para llevar a 15 cabo exitosamente la información.
o El conjunto de movimientos a impedir (descompuestos en acciones).
o El conjunto de movimientos a dificultar, y en que grado (descompuestos en acciones).
20 - Subsistema háptico de control remoto como el descrito anteriormente
- Subsistema de retroalimentación. Su misión es producir en el subsistema háptico de control remoto acciones que reflejen tanto el efecto del entorno (e.g. la fuerza del viento sobre el sistema), como las estrategias normativas y
25 recomendadas para realizar la operación (sistema experto de operativa de repostaje). Por esa razón distinguimos 2 partes:
• Retroalimentación pértiga –Subsistema háptico . Un conjunto de sensores en la pértiga real capta las fuerzas a las que está sometida la pértiga real y convierta estas fuerzas en acciones sobre los motores de
30 control del subsistema háptico.
• Retroalimentación subsistema de inteligencia de repostaje – Subsistema háptico . El subsistema de inteligencia de repostaje determina en tiempo real el conjunto de movimientos a favorecer y a dificultar y en qué grado y traduce el conjunto en una serie de acciones
35 sobre los motores de control del subsistema háptico.
imagen6
Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos técnicos y científicos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiendo el experto normal en la técnica a la que pertenece esta invención. En la práctica de la presente invención se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los
5 descritos en la memoria.
A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones la palabra “comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la
10 invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.
EXPLICACION DE LAS FIGURAS
15 Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.
20 En la figura 1, podemos observar una representación del dispositivo de realidad aumentada háptico objeto de la solicitud.
En la figura 2 podemos observar el dispositivo de control en el que se integra el 25 dispositivo de realidad aumentada háptico.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN.
A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de 30 la invención propuesta.
En la figura 1 podemos observar como el dispositivo háptico comprende:
-una modelización o prototipo de pértiga (1)
-unos medios de control y accionamiento (2) del que emerge un brazo de 35 transmisión (3) del accionamiento a la modelización de la pértiga (1).
imagen7
Donde los medos de control y accionamiento (2) comprenden:
- un primer doble juego de motores (4) que permiten realizar un movimiento horizontal de la modelización de la pértiga (1).
- Un segundo doble juego de motores (5) que permiten un movimiento de
5 cabeceo o de “pitch”, y que giran respecto a un eje ortogonal al eje de giro del primer juego de motores.
- Un contrapeso para equilibrar las fuerzas de ambos juegos de motores.
- Unos primeros medios electrónicos (7) para accionamiento y control de los motores (4) y (5).
10 La modelización de la pértiga (2) presenta una forma similar a la pértiga real que se pretende manejar y que comprende:
- unos segundos medios electrónicos (8) que controlan los elementos que
forman parte de la modelización de la pértiga 15 -un vibrador (9) alojado en el interior de la modelización de la pértiga (8)
-
un primer botón (10) , un segundo botón (11) y un tercer botón (12),
-
un sensor de aceleración (13), y
-
un imán (14).
- Unos LEDs (15).
20 En la figura 2 se muestra el dispositivo de control (21) en el que se integra el dispositivo háptico mostrado en la figura 1, y que comprende:
- una carcasa (16) en cuyo interior se alojan los medios de accionamiento y
control (2) del dispositivo háptico y del que emerge la modelización de la 25 pértiga (1).
- Un reposabrazos (17) colocado bajo la carcasa (16) y unido a ésta mediante unas barras verticales (18), dejando un espacio libre por el que pasar y apoyar un brazo mientras la mano coge la modelización de la pértiga (1).
-Un base (18) dispuesta bajo el reposabrazos (17) y que está provista de un 30 calibrador de posición (20) y de un conector automático (19).
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la
35 indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (2)

  1. imagen1
    REIVINDICACIONES
    1.- Dispositivo de mando de la pértiga para operaciones de repostaje en vuelo mediante pértiga, con control y recepción táctil, basado en tecnología de realidad aumentada háptica que comprende:
    - una modelización o prototipo de pértiga (1)
    - unos medios de control y accionamiento (2) del que emerge un brazo de transmisión (3) del accionamiento a la modelización de la pértiga (1).
    Caracterizado por que los medos de control y accionamiento (2) comprenden:
    - un primer doble juego de motores (4) que permiten realizar un movimiento horizontal de la modelización de la pértiga (1).
    -
    Un segundo doble juego de motores (5) que permiten un movimiento de cabeceo o de “pitch”, y que giran respecto a un eje ortogonal al eje de giro del primer juego de motores.
    -
    Un contrapeso para equilibrar las fuerzas de ambos juegos de motores.
    - Unos primeros medios electrónicos (7) para accionamiento y control de los motores (4) y (5),
    La modelización de la pértiga (2) presenta una forma similar a la pértiga real que se pretende manejar y que comprende:
    - unos segundos medios electrónicos (8) que controlan los elementos que forman parte de la modelización de la pértiga
    - un vibrador (9) alojado en el interior de la modelización de la pértiga (8)
    - una serie de botones (10), (11) y (12),
    -
    un sensor de aceleración (13), y
    -
    un imán (14).
    -Unos LEDs (15). Permitiendo todos ellos el control sobre el boom con una sola mano
  2. 2.- Conjunto ergonómico y de soporte del dispositivo de mando de la pértiga para operaciones de repostaje en vuelo mediante pértiga, con control y recepción táctil, basado en tecnología de realidad aumentada háptica, definido en la reivindicación 1 caracterizado porque comprende:
    imagen2
    - una carcasa (16) en cuyo interior se alojan los medios de accionamiento y control (2) del dispositivo háptico y del que emerge la modelización de la pértiga (1).
    - Un reposabrazos (17) colocado bajo la carcasa (16) y unido a ésta mediante
    5 unas barras verticales (18), dejando un espacio libre por el que pasar y apoyar un brazo mientras la mano coge la modelización de la pértiga (1).
    - Un base (18) dispuesta bajo el reposabrazos (17) y que está provista de un calibrador de posición (20) y de un conector automático (19).
    10 3.- Sistemade actuación y control de un conjunto de repostaje en vuelo mediante pértiga, en el que está integrado el dispositivo de mando de la pértiga, con control y recepción táctil, basado en tecnología de realidad aumentada háptica, definido en la reivindicación 1, caracterizado por que comprende: :
    15
    - Un subsistema de información que comprende:
    o Base de datos con modelos 3D de todos los elementos necesarios en una operación de repostaje (pértigas, aviones, etcétera).
    o Sistema experto incluyendo información sobre la operativa 20 (movimientos prohibidos, recomendaciones, etcétera.
    - Un subsistema de Percepción que comprende:
    o Unos medios de Captación de imágenes, que es un sistema redundante a cargo de la captación visual de la información relativa a la operación. 25 Unos medios de captación de información contextual mediante un sistema de sensores que capturan la información del entorno de interés para la operación, siendo algunos o varios de entre los siguientes (Posición GPS de aeronave de recepción, posición GPS de aeronave de recarga, distancia relativa pértiga-receptáculo humedad,
    30 temperatura, viento, sensores de movimiento de la pértiga real, etcétera). .
    - Un subsistema de Análisis que permite crear un modelo 3D del estado de la
    operación en tiempo real, 35
    imagen3
    - Un subsistema de inteligencia de repostaje, en el que a partir del resultado del análisis efectuado por el subsistema anterior, y utilizando la información del sistema experto en operaciones de repostaje, este subsistema determina y actualiza en tiempo real:
    5 o La secuencia recomendada de movimientos a realizar para llevar a cabo exitosamente la información.
    o El conjunto de movimientos a impedir (descompuestos en acciones).
    o El conjunto de movimientos a dificultar, y en que grado (descompuestos
    en acciones). 10
    - Un subsistema que comprende el dispositivo de mando de la pértiga, con control y recepción táctil, basado en tecnología de realidad aumentada háptica, definido en la reivindicación 1,
    -
    15 - Un subsistema de retroalimentación cuya misión es producir en el subsistema háptico de control remoto acciones que reflejen tanto el efecto del entorno (e.g. la fuerza del viento sobre el sistema), como las estrategias normativas y recomendadas para realizar la operación (sistema experto de operativa de repostaje).
    20 4.- Sistema según la reivindicación 3 caracterizado porque los medios de captación visual pueden fusionar varios tipos de información visual.
    • Captación de imágenes con iluminación estructurada: una secuencia de
    imágenes capturadas con un conjunto de cámaras a una tasa predeterminada 25 de fotogramas por segundo.
    •
    Captación de imágenes con cámaras con sensores de tiempo de vuelo (ToF).
    •
    Información de cámaras de la instrumentación estándar de aeronaves de recarga. Nuestro sistema permite la conexión de las cámaras ubicadas de forma estándar en estas aeronaves, aptas para la fase inicial de la operación
    30 de recarga, cuando la aeronave a repostar está a más de 15 metros de distancia. Esta información se usará para aportar redundancia adicional al sistema
    35 5.- Sistema según la reivindicación 4 caracterizado porque comprende las partes de:
    imagen4
    -
    Retroalimentación pértiga –subsistema háptico que comprende un conjunto de
    sensores en la pértiga real capta las fuerzas a las que está sometida la pértiga
    real y convierta estas fuerzas en acciones sobre los motores de control del
    subsistema háptico.
    5
    • Retroalimentación subsistema de inteligencia de repostaje –subsistema háptico
    que determina en tiempo real el conjunto de movimientos a favorecer y a
    dificultar y en qué grado y traduce el conjunto en una serie de acciones sobre
    los motores de control del subsistema háptico.
ES201531426A 2015-10-05 2015-10-05 Dispositivo de realidad aumentada haptico para facilitar las acciones sobre una pértiga de repostaje en vuelo Active ES2580252B2 (es)

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