專利名稱：操作具特殊真實(shí)感飛行仿真器裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是與用于操作具特殊真實(shí)感的一飛行仿真器的方法與裝置。
背景技術(shù)：
DE 10 2008 023 955 B4中說明了一種用于模擬飛行器、軍隊(duì)陸用車輛、或船艇
的事件與過程以及一種仿真系統(tǒng)。本發(fā)明是基于實(shí)時(shí)致動(dòng)一仿真裝置的目的(即使致動(dòng)所需數(shù)據(jù)僅可由一非實(shí)時(shí)仿真程序所用)，其中一數(shù)據(jù)管理者所導(dǎo)致的延遲時(shí)間(latencytime)將可被補(bǔ)償。在上下文中，在真實(shí)世界中處理所實(shí)際需要的時(shí)間被理解為“實(shí)時(shí)(real time)”。用語“實(shí)時(shí)”并非意指程序或控制器的一特定速度或處理功率，而是僅定義了在其中系統(tǒng)所必須反應(yīng)的時(shí)幀。用語“延遲時(shí)間”表示一動(dòng)作與預(yù)期反應(yīng)發(fā)生之間的時(shí)段，也就是“延遲時(shí)間(delay time)”。在本專利中，實(shí)質(zhì)提供保護(hù)的事實(shí)是，若沒有在一良好時(shí)間中接收數(shù)據(jù)，則所發(fā)生的數(shù)據(jù)間隔會被得自經(jīng)驗(yàn)值的數(shù)據(jù)、或是得自先前仿真程序的數(shù)據(jù)所取代，然后此一數(shù)據(jù)會被傳送到實(shí)時(shí)仿真裝置
的動(dòng)作控制器。飛行仿真器的機(jī)械配置的具體改良細(xì)節(jié)則不在本文中提出。DE 600 20 466 T2說明了一種具有四個(gè)自由度的平行式機(jī)械臂，其解決了以高加速度使具有四個(gè)自由度的可移動(dòng)平板在高速下移位的問題，以及以高剛度與精確度來定位可移動(dòng)平板的問題。在本文中，用語「平行式機(jī)械臂」是用以指一種有多種致動(dòng)器平行排列于其中的機(jī)械臂，其中，這類機(jī)械臂可應(yīng)用于例如一機(jī)動(dòng)載具的行程仿真器中。就習(xí)知技術(shù)而言，此份文件說明了具有六個(gè)自由度且可用于例如飛行仿真器(如US 5，333，514與US5，715，729中所揭露者)的平行機(jī)械臂。為了解決DE 600 20 466 T2中所提出的問題，說明了一種平行式機(jī)械臂，其基本上是由特定排列的平行連桿(3)、移動(dòng)平臺(4)、耦接部(42)與運(yùn)動(dòng)組件(33)所組成。此一機(jī)械臂在一飛行仿真器中的特定應(yīng)用則不于此處說明。WO 96/26 512 A (可取得為DE 696 23 410 T2的對應(yīng)歐洲專利案的翻譯)揭露了一種改良式飛行仿真器，其是以要更精確模擬一飛行員在操縱飛行器時(shí)所感測到的真實(shí)動(dòng)作的問題為基礎(chǔ)。這是基于具有一支撐裝置(102)與一俯仰動(dòng)作支桿(114)(具一俯仰動(dòng)作軸)的動(dòng)作仿真器，其中該俯仰動(dòng)作支桿(114)是可旋轉(zhuǎn)地連接至該支撐裝置，且其中該動(dòng)作仿真器包含下述:—橫搖動(dòng)作支桿(134),其具有一橫搖動(dòng)作軸及一參加者座艙,該橫搖動(dòng)作軸是垂直于該俯仰動(dòng)作軸且可旋轉(zhuǎn)地連接至該俯仰動(dòng)作支桿(114)，且該參加者座艙(160)具有一重心，其中該參加者座艙(160 )是由一橫搖動(dòng)作支桿所固持，使得該參加者座艙的重心偏離該俯仰動(dòng)作軸。為了解決上述問題，在橫搖動(dòng)作支桿(134)可旋轉(zhuǎn)地連接至俯仰動(dòng)作支桿(114)而使得橫搖動(dòng)作支桿(134)可在垂直于俯仰動(dòng)作軸的平面中對俯仰動(dòng)作支桿(114)完全旋轉(zhuǎn)時(shí)，即提供此飛行仿真器保護(hù)。此外，此一特征僅含有與欲達(dá)成的效果有關(guān)的細(xì)節(jié)，而沒有特定具體實(shí)施例的細(xì)節(jié)，其所述的飛行仿真器似乎值得加以改良。

發(fā)明內(nèi)容
因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置與其對應(yīng)方法的目的是在于提出一種仿真器操作裝置與方法，其可達(dá)到一特殊真實(shí)感以學(xué)習(xí)如何控制在三維現(xiàn)實(shí)中移動(dòng)的一飛行載具(特別是一飛行器)。此外，對于伴隨學(xué)習(xí)過程的一指導(dǎo)者而言，其也可客觀地監(jiān)督學(xué)習(xí)進(jìn)度以及受訓(xùn)者的負(fù)荷程度。此一目的是以根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置以及根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法所達(dá)成。


下文將更詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的裝置。特別是，在上下文中，在圖式中:圖1繪示了根據(jù)本發(fā)明的一仿真器的側(cè)視圖；圖2繪示了投影條件的側(cè)視圖；以及圖3繪示了用于偵測人為反應(yīng)而實(shí)施的其它仿真裝置與系統(tǒng)的代表圖式。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的下列構(gòu)想一方面在于通過可在兩個(gè)維度中移動(dòng)的一特制6軸式機(jī)械臂來模擬飛行載具(特別是飛行器)駕駛艙實(shí)際上會發(fā)生的情況。另一方面，通過操作中預(yù)期的周圍環(huán)境的真實(shí)呈現(xiàn)，來提供受訓(xùn)者預(yù)期困難的真實(shí)模擬。然后，通過表示受訓(xùn)者的生理狀態(tài)的數(shù)據(jù)，指導(dǎo)者可在所有時(shí)間中都得到一受訓(xùn)者的生理與心理負(fù)荷及/或承受負(fù)荷能力的真實(shí)印象。圖1中所示的根據(jù)本發(fā)明的仿真器的側(cè)視圖具有使本發(fā)明概念更明顯清楚的主要新穎特征。此處的一 6軸式機(jī)械臂I在一方面是經(jīng)由一承接板3而直接連接至一飛行載具駕駛艙4、至入口 2，且另一方面是固定地連接至用于側(cè)向動(dòng)作移動(dòng)的裝置6?？赏ㄟ^此裝置6進(jìn)行的側(cè)向動(dòng)作是以一般箭頭符號來表示特征。用于縱向動(dòng)作移動(dòng)的一裝置5的運(yùn)行動(dòng)作(裝置6是安裝于裝置5上)是由雙箭號來表示。裝置5與裝置6的組合可使飛行器駕駛艙4獨(dú)立于機(jī)械臂I的動(dòng)作而在縱向方向中與在側(cè)向方向中同時(shí)加速移動(dòng)。在此處，縱向方向是定義為飛行器(也就是飛行器駕駛艙4)的縱向方向。由于飛行器中(例如在一載客飛機(jī)中)狀況的仿真被預(yù)期需包含仿真器的最大需求，因此在下文中將更詳細(xì)考慮此例。一載客飛機(jī)(或是具有機(jī)翼的任何其它飛行器)的重心是大致落在這些機(jī)翼的中心區(qū)域中。重心是指可將此一飛行器的整體重量都假想為落在該點(diǎn)上，且如果需要的話整個(gè)飛機(jī)可被結(jié)合及對該點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。然而，飛行員的座位一般是位于離飛機(jī)重心有一段距離處，其在飛行方向中向前偏移，并且關(guān)于飛機(jī)重心而移動(dòng)向上。這表示，舉例而言，當(dāng)飛機(jī)啟動(dòng)時(shí)，飛行員不僅要經(jīng)歷他的飛機(jī)重心的垂直移動(dòng)，也要經(jīng)歷因飛行員的座位與飛機(jī)重心之間有距離所產(chǎn)生的額外扭矩。在圖1的實(shí)例中，這是大致對應(yīng)于用于縱向動(dòng)作移動(dòng)的裝置5的中心與飛行仿真器中飛行器駕駛艙中的座位4之間的距離。因此，為了仿真一啟動(dòng)程序，根據(jù)本發(fā)明的仿真器可通過用于縱向動(dòng)作移動(dòng)的裝置5而使飛行載具駕駛艙4在縱向方向中移動(dòng)。該6軸式機(jī)械臂I產(chǎn)生此處的一啟動(dòng)飛行載具的垂直結(jié)合的舉升動(dòng)作與旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。為此目的，裝置5可于平移模式中以自然加速度移動(dòng)。由于用于側(cè)向動(dòng)作移動(dòng)的裝置6可移動(dòng)地安裝在用于縱向動(dòng)作移動(dòng)的裝置5上，因此不管是個(gè)別地或結(jié)合地這兩個(gè)裝置的結(jié)合加速動(dòng)作是可行的?，F(xiàn)參照下列實(shí)例來使用用于側(cè)向動(dòng)作移動(dòng)的裝置6:如果是在正常啟動(dòng)過程中，亦需模擬在啟動(dòng)過程中飛行器會受到剪力風(fēng)力(一種有害的側(cè)風(fēng)類型)的影響，通過另外使用用于側(cè)向動(dòng)作移動(dòng)的裝置6，這就可以在接近真實(shí)的情況下進(jìn)行模擬。在上下文脈絡(luò)中，顯然可知通過裝置5與裝置6來分別進(jìn)行縱向動(dòng)作移動(dòng)與側(cè)向動(dòng)作移動(dòng)的此一仿真可以只有在配置好個(gè)別裝置的運(yùn)行路徑下才發(fā)生。然而實(shí)際上，用于縱向動(dòng)作移動(dòng)的裝置5的運(yùn)行路徑是比用于側(cè)向動(dòng)作移動(dòng)的裝置6更長的。這也與此處的真實(shí)需求相應(yīng)，因?yàn)榧袅︼L(fēng)力通常短暫發(fā)地生且以疾風(fēng)方式發(fā)生。特別是，當(dāng)未預(yù)期的剪力風(fēng)力發(fā)生于飛機(jī)啟動(dòng)或著陸的時(shí)候易發(fā)生意外，本發(fā)明的仿真器以接近真實(shí)的情況來進(jìn)行模擬。圖2是于一側(cè)視圖中概略示出飛行載具駕駛艙4中的模擬外景的投影情況。組件符號15表示一個(gè)可能的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)視野，其作為一撓性屏幕而可適應(yīng)于個(gè)別飛行載具駕駛艙4的輪廓。在本文中OLED為「有機(jī)發(fā)光二極管(OrganicLight Emitting Diode)」的縮寫,且是代表一種由有機(jī)性半導(dǎo)性材料所制成的低黏度照明組件，其與無機(jī)性發(fā)光二極管的不同處在于，一方面其功率密度與發(fā)光密度較低，另一方面其不需要單晶性材料。OLED技術(shù)是非常適合于屏幕與顯示器的。另一種領(lǐng)域的使用則是大面積的空間照明。用于呈現(xiàn)模擬外景的另一種可行替代方式為，通過投影機(jī)將此一外景投影在位于飛行載具駕駛艙4外部的投影表面上。此方 面請見:http: //en.wikipedia.0rg/wiki/Cave AutomaticVirtualEnvironmento在所示的側(cè)視圖中,可以看到在此例中前端部分的投影表面9、右手邊部分的投影表面8、以及天花板部分的投影表面7。這些投影表面可連接至飛行載具駕駛艙4、或是安裝于模擬空間中。在后者情況下，這些投影表面在空間維度中當(dāng)然是必須相應(yīng)地大。有一些為此目的的合適投影方法，其能在平直相鄰的投影表面上以深度特性來呈現(xiàn)一景象，這些投影表面具有以線性方式運(yùn)行的接合邊緣，其中這些以線性方式運(yùn)行的接合邊緣可被制作為看不見，而能以相對低的運(yùn)算復(fù)雜度來呈現(xiàn)一全景影像。此一制作為看不見是通過以計(jì)算機(jī)“計(jì)算清除”相對精確定義的使用投影區(qū)域鄰接邊緣的方式來進(jìn)行。就使用根據(jù)本發(fā)明的飛行仿真器來訓(xùn)練直升機(jī)飛行員而言，在一特定細(xì)節(jié)中也可提供可映像地面區(qū)域的另一投影表面。在此情況中，飛行器駕駛艙4被配備有一額外透明地板。圖3繪示了用于偵測人為反應(yīng)而實(shí)施的其它仿真裝置與系統(tǒng)的代表圖式。為了模擬在機(jī)上發(fā)生火警的目的，一中央煙霧產(chǎn)生器12是設(shè)置有一可控制煙霧分布11。利用此系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)的操作者即可在飛行器駕駛艙4的某些位置處產(chǎn)生一既定類型與強(qiáng)度的煙霧，這在實(shí)際使用時(shí)是重要的。此外，在一特定類型的具體實(shí)施例中，整個(gè)飛行載具駕駛艙4都可能會遭遇到一既定形式、實(shí)際上每天都會發(fā)生的情況，例如搖晃動(dòng)作(例如是由明顯的推進(jìn)動(dòng)力單元壞損所導(dǎo)致)。為了能夠以更為真實(shí)的方式來模擬這類壞損情形的發(fā)生，在此一具體實(shí)施例中，也可通過復(fù)雜的擴(kuò)音器系統(tǒng)來對受訓(xùn)者提供額外的聲音背景。為求清晰說明，即不分別呈現(xiàn)對應(yīng)的裝置?？筛鶕?jù)模擬的真實(shí)性而以一直接控制方式、或以程序化方式來改變用于艙室照明的系統(tǒng)14的色彩與強(qiáng)度(閃爍光)?？梢允褂糜糜趥蓽y人體動(dòng)作及/或偵測外形的偵測裝置16來偵測飛行受訓(xùn)者的反應(yīng)，且/或進(jìn)行記錄以供后續(xù)評估人為反應(yīng)(操縱評論)之用。用于測量飛行受訓(xùn)者的皮膚阻抗的測量裝置10是作為比較目的之用。在控制把手或某些其它的控制單元的區(qū)域中是可以最輕易地測量皮膚阻抗的?？纱嬖谝痪o急切換表面，也是很適合于此目的的。感應(yīng)器17是用于偵測飛行載具駕駛艙4的實(shí)際真實(shí)動(dòng)作。感應(yīng)器17的輸出訊號是用于記錄個(gè)別操作的仿真程序的訓(xùn)練單元的整體設(shè)定。所使用的操作者控制面板可通過模塊系統(tǒng)13而使用輕易互換的滑動(dòng)單元以快速適應(yīng)至個(gè)別模擬的飛行器類型或載具類型。顯然根據(jù)本發(fā)明的飛行器仿真器也適用于軍方計(jì)劃，因?yàn)樵诖祟I(lǐng)域中，特別是為了準(zhǔn)備破壞性部署，戰(zhàn)斗飛行員的大量經(jīng)驗(yàn)潛力是特別重要的。通過以具有特殊真實(shí)感的飛行仿真器，即可在不傷及人類生命的情況下，以具成本效益的方式得到這些經(jīng)驗(yàn)潛力值。復(fù)雜動(dòng)作過程的控制以及所使用感應(yīng)器的訊號處理則需要一特別控制程序。組件符號I 6軸式機(jī)械臂2 入口3承接板4駕駛艙5 裝置6 裝置7投影表面8投影表面9投影表面10測量裝置11煙霧分布12煙霧產(chǎn)生器13模塊系統(tǒng)14 系統(tǒng)15有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器16偵測裝置17感應(yīng)器。
權(quán)利要求
1.一種用于操作具有特殊真實(shí)感的仿真器以學(xué)習(xí)如何控制飛行載具的裝置，該飛行載具特別是飛行器且是在三維現(xiàn)實(shí)中移動(dòng)，其特征在于該裝置具有下列特征: a)飛行載具駕駛艙(4)，其建置在欲進(jìn)行模擬的該飛行載具上且具有真實(shí)操作者控制組件，該飛行載具駕駛艙一方面是連接至6軸式工業(yè)機(jī)械臂(I )，且在另一方面是經(jīng)由一側(cè)向動(dòng)作移動(dòng)裝置(6)而連接至地面，該側(cè)向動(dòng)作移動(dòng)裝置(6)是以直角而固定在縱向動(dòng)作移動(dòng)裝置(5)上； b)顯示器，其建置在該飛行載具駕駛艙(4)的輪廓上，該顯示器是用以基于有機(jī)發(fā)光二極管技術(shù)而傳送模擬外景； c)為了模擬實(shí)際上會發(fā)生的危險(xiǎn)情況，設(shè)置有用于人為產(chǎn)生煙霧(12)、搖晃動(dòng)作、聲音產(chǎn)生與光線現(xiàn)象(14)的可控制系統(tǒng)； d)為了偵測人類壓力反應(yīng)，提供用于感應(yīng)皮膚阻抗(10)與用于偵測人體動(dòng)作與外形(16)的可控制系統(tǒng)； e)感應(yīng)器(17)，用于偵測該飛行載具駕駛艙的實(shí)際動(dòng)作； f)用于外部操作與控制該仿真器的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還記錄飛行訓(xùn)練者的反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用 于操作仿真器的裝置，其特征在于: 為了傳送仿真外景，除了根據(jù)特征b)的該有機(jī)發(fā)光二極管技術(shù)以外，使用位于該飛行器駕駛艙(4)外的顯示器，該顯示器是通過投影機(jī)而被投影至投影表面上。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于: 所使用的該飛行器駕駛艙(4)的該操作者控制面板可通過模塊系統(tǒng)(13)而以可輕易互換方式快速適應(yīng)于個(gè)別模擬的飛行器類型。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于: 為訓(xùn)練的目的，特別是直升機(jī)飛行員，亦提供映像地面區(qū)域的另一投影表面，且其特征在于該飛行器駕駛艙(4)配備有透明地板。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求其中一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于: 為軍用領(lǐng)域訓(xùn)練的目的，為了模擬實(shí)際上會發(fā)生的危險(xiǎn)情況，于訓(xùn)練程序中提供關(guān)于軍用技術(shù)的聲音、光學(xué)與機(jī)械本質(zhì)的參數(shù)。
6.一種用于操作具有特殊真實(shí)感的仿真器以學(xué)習(xí)如何控制飛行載具的方法，該飛行載具特別是飛行器且是在三維現(xiàn)實(shí)中移動(dòng)，其特征在于該方法具有下列特征: a)飛行載具駕駛艙(4)，其建置在欲進(jìn)行模擬的該飛行載具上且具有真實(shí)操作者控制組件，該飛行載具駕駛艙可通過外部操作者控制單元而移動(dòng)，其可通過6軸式工業(yè)機(jī)械臂(I)在地面上兩個(gè)正交方向中移動(dòng)； b)模擬外景是通過顯示器而傳送至該飛行訓(xùn)練者，該顯示器是使用有機(jī)發(fā)光二極管技術(shù)而非一般的透明飛行器駕駛艙； c)為了模擬實(shí)際上會發(fā)生的危險(xiǎn)情況，提供用于人為產(chǎn)生煙霧(12)、搖晃動(dòng)作、聲音產(chǎn)生與光線現(xiàn)象(14)的可控制系統(tǒng)； d)為了偵測人類壓力反應(yīng)，提供用于感應(yīng)皮膚阻抗(10)與用于偵測人體動(dòng)作與外形(16)的可控制系統(tǒng)；以及 e)所使用的該操作者控制面板可通過模塊系統(tǒng)(13)而快速適應(yīng)至個(gè)別模擬的飛行器類型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 為了傳送仿真外景，除了根據(jù)特征b)的該有機(jī)發(fā)光二極管技術(shù)以外，使用位于該飛行器駕駛艙(4)外的顯示器，該顯示器是通過投影機(jī)而被投影至投影表面上。
8.一種計(jì)算機(jī)程序，其具有程序代碼，以于該程序在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行時(shí)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求6與7中其一所述的方法步驟。
9.一種機(jī)器可讀取載體，其具有計(jì)算機(jī)程序的程序代碼，以于該程序在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行時(shí)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求6與 7中其一所述的方法步驟。
全文摘要
本發(fā)明說明了用于操作具特殊真實(shí)感的仿真器的裝置及方法，以學(xué)習(xí)如何控制一飛行器，其特征在于該裝置具有下列特征a)一飛行載具駕駛艙(4)，其建置在欲進(jìn)行模擬的該飛行載具上，該飛行載具駕駛艙一方面是連接至一6軸式工業(yè)機(jī)械臂(1)，且在另一方面是經(jīng)由一側(cè)向動(dòng)作移動(dòng)裝置(6)而連接至地面，該側(cè)向動(dòng)作移動(dòng)裝置(6)是以一直角而固定在一縱向動(dòng)作移動(dòng)裝置(5)上；b)一顯示器，用以基于有機(jī)發(fā)光二極管技術(shù)而傳送一模擬外景；c)為了模擬實(shí)際上會發(fā)生的危險(xiǎn)情況，設(shè)置有用于人為產(chǎn)生煙霧(12)、搖晃動(dòng)作、聲音產(chǎn)生與光線現(xiàn)象(14)的系統(tǒng)；d)為了偵測人類壓力反應(yīng)，提供用于感應(yīng)人體動(dòng)作的系統(tǒng)；e)一感應(yīng)器(17)，用于偵測該飛行載具駕駛艙的實(shí)際動(dòng)作；f)用于操作與控制該仿真器的一系統(tǒng)。
文檔編號G09B9/04GK103155017SQ201180041924
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者奧拉夫·居林 申請人:格倫策巴赫機(jī)械制造有限公司