WO2017051056A1 - 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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Definitions

  • a haptic augmented reality device to facilitate actions on a refueling pole in flight from a nurse or tanker to a ship to refuel.
  • object of the invention is a device for controlling the haptic augmented reality device.
  • Another object of the invention is the system in which the control device of the haptic augmented reality device is integrated.
  • a pole When refueling tasks are carried out in flight from a mother plane to a receiving plane, a pole is used that starts from the mother plane and is provided at its end, with what is known in the sector as “boom”, while Specialists in charge of managing the boom are known as “boomers” or pole operators, using for this purpose joysticks called “joysticks”. It characterizes the haptic augmented reality device, as well as the control device in which it is integrated, the fact of allowing control actions on the "boom” and the pole with one hand, without the need for training in what to Your movements are concerned. In addition, the system provides information and help on how the operation is being carried out, indicating the operator without an operation is recommended or not.
  • the present invention is circumscribed within the scope of haptic control systems on the one hand, and in-flight refueling control operation systems.
  • Said control elements allow the movement of said Boom vertically or horizontally in a manner similar to that used in video games to fly in an airplane, or drive a car.
  • the extraction and retraction of the boom or extendable part of the boom is done with another joystick or joystick that is usually handled with the left hand.
  • prior training is required for the operator to associate their movements with those of the boom to be controlled. As indicated, they require both hands to handle the refueling boom and do not usually provide the user with any type of feedback on how the operation is taking place or on the actions that are or are not allowed or on those recommended during the course of a refueling.
  • control levers or joystick of the state of the art used for the management of the poles or booms are complex to handle, having to use both hands, in addition to requiring a previous training, lacking any means of indicating if the movement that It is intended to be performed is allowed or not.
  • the object of the present invention is a haptic augmented reality device to facilitate the control actions of the pole in full flight, allowing control over the boom with one hand, without the need for any training as regards its movements .
  • the system in addition, not only provides information on how the operation is being performed, but also provides help, indicating to the "boomer” when a given movement is fully prohibited (preventing such movement) or is not recommended (making it necessary to apply more force to perform it).
  • the device it is possible to fully or partially automate the refueling process in flight.
  • This device and the associated control mechanism radically improve the current situation, allowing the user to handle the boom with one hand.
  • control device in which the augmented reality device is integrated that allows to facilitate the actions on a refueling pole.
  • the haptic device and the control device are integrated into a system that helps control and refuel in flight.
  • the haptic device comprises:
  • a second double set of motors that allow a pitching or "pitch” movement, and which rotate with respect to an axis orthogonal to the axis of rotation of the first set of motors.
  • a vibrator that depending on the type and frequency of the same may indicate to the user the existence of any inconvenience or not when making an intended movement.
  • a position sensor or decoder has been included in all engines in order to properly determine the position of the motor with respect to its axis of rotation.
  • the system in which the haptic control device is integrated in turn comprises:
  • Perception subsystem comprising:
  • Image capture with structured lighting a sequence of images captured with a set of cameras at a predetermined rate of frames per second.
  • Sensor system that captures information of the environment of interest for the operation (GPS position of the receiving aircraft, GPS position of the reloading aircraft, relative distance of the pole-receptacle humidity, temperature, wind, real pole motion sensors, etc.).
  • Refueling intelligence subsystem From the result of the analysis carried out by the previous subsystem, and using the information of the expert system in refueling operations, this subsystem determines and updates in real time: The recommended sequence of movements to perform to successfully carry out the information.
  • the set of movements to prevent (decomposed into actions).
  • a set of sensors in the real pole captures the forces to which the real pole is subjected and converts these forces into actions on the control motors of the haptic subsystem.
  • the refueling intelligence subsystem determines in real time the set of movements to favor and hinder and to what degree and translates the set into a series of actions on the control engines of the haptic subsystem.
  • control and actuation measures (2) comprise:
  • a second double set of motors (5) that allow a pitching or "pitch” movement, and which rotate with respect to an axis orthogonal to the axis of rotation of the first set of motors.
  • a counterweight to balance the forces of both engine games.
  • the modeling of the pole (2) has a shape similar to the real pole that is intended to be handled and which comprises: - second electronic means (8) that control the elements that are part of the modeling of the pole
  • Figure 2 shows the control device (21) in which the haptic device shown in Figure 1 is integrated, and comprising:

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Abstract

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" 10 cuándo un movimiento determinado está totalmente prohibido (imposibilitando dicho movimiento) o no es recomendable (haciendo que sea necesario aplicar más fuerza para realizarlo).

Description

DISPOSITIVO DE REALIDAD AUMENTADA HAPTICO PARA FACILITAR LAS ACCIONES SOBRE UNA PÉRTIGA DE REPOSTAJE EN VUELO
DESCRIPCIÓN
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 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. 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 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 unas palancas de mando denominados "joysticks". Caracteriza al dispositivo de realidad aumentada háptico, así como al dispositivo de 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.
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.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 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.
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 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 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 indicación de si el movimiento que se pretende realizar está permitido o no.
Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar un dispositivo que facilite el 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.
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.
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:
- 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. 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.
■ 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).
■ 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 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, distancia relative pértiga- receptáculo humedad, temperatura, viento, sensores de movimiento de la pértiga real, etcétera).
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 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.
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: La secuencia recomendada de movimientos a realizar para llevar a cabo exitosamente la información.
El conjunto de movimientos a impedir (descompuestos en acciones). El conjunto de movimientos a dificultar, y en que grado (descompuestos en acciones).
- 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 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 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 sobre los motores de control del subsistema háptico.
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 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 invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.
EXPLICACION DE LAS FIGURAS 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.
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 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 la invención propuesta.
En la figura 1 podemos observar como el dispositivo háptico comprende:
- una modelizacion o prototipo de pértiga (1 )
unos medios de control y accionamiento (2) del que emerge un brazo de transmisión (3) del accionamiento a la modelizacion de la pértiga (1 ).
Donde los medos de control y accionamiento (2) comprenden:
un primer doble juego de motores (4) que permiten realizar un movimiento horizontal de la modelizacion 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 modelizacion 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)
- un primer botón (10) , un segundo botón (1 1 ) y un tercer botón (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. 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 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 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 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

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 modelizacion o prototipo de pértiga (1 )
- unos medios de control y accionamiento (2) del que emerge un brazo de transmisión (3) del accionamiento a la modelizacion 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 modelizacion de la pértiga (1 ).
Un segundo doble juego de motores (5) que permiten un movimiento de cabeceo o de "piten", 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 modelizacion 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 modelizacion de la pértiga
un vibrador (9) alojado en el interior de la modelizacion de la pértiga (8) - una serie de botones (10), (1 1 ) 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. - 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: - 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 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).
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:
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 (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. 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, 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, 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:
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).
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 ,
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).
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 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 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
Sistema según la reivindicación 4 caracterizado porque comprende las partes de 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.
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.
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