专利名称：操作具特殊真实感飞行仿真器装置及方法
技术领域：
本发明是与用于操作具特殊真实感的一飞行仿真器的方法与装置。
背景技术：
DE 10 2008 023 955 B4中说明了一种用于模拟飞行器、军队陆用车辆、或船艇
的事件与过程以及一种仿真系统。本发明是基于实时致动一仿真装置的目的(即使致动所需数据仅可由一非实时仿真程序所用)，其中一数据管理者所导致的延迟时间(latencytime)将可被补偿。在上下文中，在真实世界中处理所实际需要的时间被理解为“实时(real time)”。用语“实时”并非意指程序或控制器的一特定速度或处理功率，而是仅定义了在其中系统所必须反应的时帧。用语“延迟时间”表示一动作与预期反应发生之间的时段，也就是“延迟时间(delay time)”。在本专利中，实质提供保护的事实是，若没有在一良好时间中接收数据，则所发生的数据间隔会被得自经验值的数据、或是得自先前仿真程序的数据所取代，然后此一数据会被传送到实时仿真装置
的动作控制器。飞行仿真器的机械配置的具体改良细节则不在本文中提出。DE 600 20 466 T2说明了一种具有四个自由度的平行式机械臂，其解决了以高加速度使具有四个自由度的可移动平板在高速下移位的问题，以及以高刚度与精确度来定位可移动平板的问题。在本文中，用语「平行式机械臂」是用以指一种有多种致动器平行排列于其中的机械臂，其中，这类机械臂可应用于例如一机动载具的行程仿真器中。就习知技术而言，此份文件说明了具有六个自由度且可用于例如飞行仿真器(如US 5，333，514与US5，715，729中所揭露者)的平行机械臂。为了解决DE 600 20 466 T2中所提出的问题，说明了一种平行式机械臂，其基本上是由特定排列的平行连杆(3)、移动平台(4)、耦接部(42)与运动组件(33)所组成。此一机械臂在一飞行仿真器中的特定应用则不于此处说明。WO 96/26 512 A (可取得为DE 696 23 410 T2的对应欧洲专利案的翻译)揭露了一种改良式飞行仿真器，其是以要更精确模拟一飞行员在操纵飞行器时所感测到的真实动作的问题为基础。这是基于具有一支撑装置(102)与一俯仰动作支杆(114)(具一俯仰动作轴)的动作仿真器，其中该俯仰动作支杆(114)是可旋转地连接至该支撑装置，且其中该动作仿真器包含下述:—横摇动作支杆(134),其具有一横摇动作轴及一参加者座舱,该横摇动作轴是垂直于该俯仰动作轴且可旋转地连接至该俯仰动作支杆(114)，且该参加者座舱(160)具有一重心，其中该参加者座舱(160 )是由一横摇动作支杆所固持，使得该参加者座舱的重心偏离该俯仰动作轴。为了解决上述问题，在横摇动作支杆(134)可旋转地连接至俯仰动作支杆(114)而使得横摇动作支杆(134)可在垂直于俯仰动作轴的平面中对俯仰动作支杆(114)完全旋转时，即提供此飞行仿真器保护。此外，此一特征仅含有与欲达成的效果有关的细节，而没有特定具体实施例的细节，其所述的飞行仿真器似乎值得加以改良。
发明内容
因此，根据本发明的装置与其对应方法的目的是在于提出一种仿真器操作装置与方法，其可达到一特殊真实感以学习如何控制在三维现实中移动的一飞行载具(特别是一飞行器)。此外，对于伴随学习过程的一指导者而言，其也可客观地监督学习进度以及受训者的负荷程度。此一目的是以根据权利要求1所述的装置以及根据权利要求6所述的方法所达成。
下文将更详细说明根据本发明的装置。特别是，在上下文中，在图式中:图1绘示了根据本发明的一仿真器的侧视图；图2绘示了投影条件的侧视图；以及图3绘示了用于侦测人为反应而实施的其它仿真装置与系统的代表图式。
具体实施例方式本发明的下列构想一方面在于通过可在两个维度中移动的一特制6轴式机械臂来模拟飞行载具(特别是飞行器)驾驶舱实际上会发生的情况。另一方面，通过操作中预期的周围环境的真实呈现，来提供受训者预期困难的真实模拟。然后，通过表示受训者的生理状态的数据，指导者可在所有时间中都得到一受训者的生理与心理负荷及/或承受负荷能力的真实印象。图1中所示的根据本发明的仿真器的侧视图具有使本发明概念更明显清楚的主要新颖特征。此处的一 6轴式机械臂I在一方面是经由一承接板3而直接连接至一飞行载具驾驶舱4、至入口 2，且另一方面是固定地连接至用于侧向动作移动的装置6。可通过此装置6进行的侧向动作是以一般箭头符号来表示特征。用于纵向动作移动的一装置5的运行动作(装置6是安装于装置5上)是由双箭号来表示。装置5与装置6的组合可使飞行器驾驶舱4独立于机械臂I的动作而在纵向方向中与在侧向方向中同时加速移动。在此处，纵向方向是定义为飞行器(也就是飞行器驾驶舱4)的纵向方向。由于飞行器中(例如在一载客飞机中)状况的仿真被预期需包含仿真器的最大需求，因此在下文中将更详细考虑此例。一载客飞机(或是具有机翼的任何其它飞行器)的重心是大致落在这些机翼的中心区域中。重心是指可将此一飞行器的整体重量都假想为落在该点上，且如果需要的话整个飞机可被结合及对该点旋转。然而，飞行员的座位一般是位于离飞机重心有一段距离处，其在飞行方向中向前偏移，并且关于飞机重心而移动向上。这表示，举例而言，当飞机启动时，飞行员不仅要经历他的飞机重心的垂直移动，也要经历因飞行员的座位与飞机重心之间有距离所产生的额外扭矩。在图1的实例中，这是大致对应于用于纵向动作移动的装置5的中心与飞行仿真器中飞行器驾驶舱中的座位4之间的距离。因此，为了仿真一启动程序，根据本发明的仿真器可通过用于纵向动作移动的装置5而使飞行载具驾驶舱4在纵向方向中移动。该6轴式机械臂I产生此处的一启动飞行载具的垂直结合的举升动作与旋转动作。为此目的，装置5可于平移模式中以自然加速度移动。由于用于侧向动作移动的装置6可移动地安装在用于纵向动作移动的装置5上，因此不管是个别地或结合地这两个装置的结合加速动作是可行的。现参照下列实例来使用用于侧向动作移动的装置6:如果是在正常启动过程中，亦需模拟在启动过程中飞行器会受到剪力风力(一种有害的侧风类型)的影响，通过另外使用用于侧向动作移动的装置6，这就可以在接近真实的情况下进行模拟。在上下文脉络中，显然可知通过装置5与装置6来分别进行纵向动作移动与侧向动作移动的此一仿真可以只有在配置好个别装置的运行路径下才发生。然而实际上，用于纵向动作移动的装置5的运行路径是比用于侧向动作移动的装置6更长的。这也与此处的真实需求相应，因为剪力风力通常短暂发地生且以疾风方式发生。特别是，当未预期的剪力风力发生于飞机启动或着陆的时候易发生意外，本发明的仿真器以接近真实的情况来进行模拟。图2是于一侧视图中概略示出飞行载具驾驶舱4中的模拟外景的投影情况。组件符号15表示一个可能的有机发光二极管(OLED)视野，其作为一挠性屏幕而可适应于个别飞行载具驾驶舱4的轮廓。在本文中OLED为「有机发光二极管(OrganicLight Emitting Diode)」的缩写,且是代表一种由有机性半导性材料所制成的低黏度照明组件，其与无机性发光二极管的不同处在于，一方面其功率密度与发光密度较低，另一方面其不需要单晶性材料。OLED技术是非常适合于屏幕与显示器的。另一种领域的使用则是大面积的空间照明。用于呈现模拟外景的另一种可行替代方式为，通过投影机将此一外景投影在位于飞行载具驾驶舱4外部的投影表面上。此方 面请见:http: //en.wikipedia.0rg/wiki/Cave AutomaticVirtualEnvironmento在所示的侧视图中,可以看到在此例中前端部分的投影表面9、右手边部分的投影表面8、以及天花板部分的投影表面7。这些投影表面可连接至飞行载具驾驶舱4、或是安装于模拟空间中。在后者情况下，这些投影表面在空间维度中当然是必须相应地大。有一些为此目的的合适投影方法，其能在平直相邻的投影表面上以深度特性来呈现一景象，这些投影表面具有以线性方式运行的接合边缘，其中这些以线性方式运行的接合边缘可被制作为看不见，而能以相对低的运算复杂度来呈现一全景影像。此一制作为看不见是通过以计算机“计算清除”相对精确定义的使用投影区域邻接边缘的方式来进行。就使用根据本发明的飞行仿真器来训练直升机飞行员而言，在一特定细节中也可提供可映像地面区域的另一投影表面。在此情况中，飞行器驾驶舱4被配备有一额外透明地板。图3绘示了用于侦测人为反应而实施的其它仿真装置与系统的代表图式。为了模拟在机上发生火警的目的，一中央烟雾产生器12是设置有一可控制烟雾分布11。利用此系统，仿真系统的操作者即可在飞行器驾驶舱4的某些位置处产生一既定类型与强度的烟雾，这在实际使用时是重要的。此外，在一特定类型的具体实施例中，整个飞行载具驾驶舱4都可能会遭遇到一既定形式、实际上每天都会发生的情况，例如摇晃动作(例如是由明显的推进动力单元坏损所导致)。为了能够以更为真实的方式来模拟这类坏损情形的发生，在此一具体实施例中，也可通过复杂的扩音器系统来对受训者提供额外的声音背景。为求清晰说明，即不分别呈现对应的装置。可根据模拟的真实性而以一直接控制方式、或以程序化方式来改变用于舱室照明的系统14的色彩与强度(闪烁光)。可以使用用于侦测人体动作及/或侦测外形的侦测装置16来侦测飞行受训者的反应，且/或进行记录以供后续评估人为反应(操纵评论)之用。用于测量飞行受训者的皮肤阻抗的测量装置10是作为比较目的之用。在控制把手或某些其它的控制单元的区域中是可以最轻易地测量皮肤阻抗的。可存在一紧急切换表面，也是很适合于此目的的。感应器17是用于侦测飞行载具驾驶舱4的实际真实动作。感应器17的输出讯号是用于记录个别操作的仿真程序的训练单元的整体设定。所使用的操作者控制面板可通过模块系统13而使用轻易互换的滑动单元以快速适应至个别模拟的飞行器类型或载具类型。显然根据本发明的飞行器仿真器也适用于军方计划，因为在此领域中，特别是为了准备破坏性部署，战斗飞行员的大量经验潜力是特别重要的。通过以具有特殊真实感的飞行仿真器，即可在不伤及人类生命的情况下，以具成本效益的方式得到这些经验潜力值。复杂动作过程的控制以及所使用感应器的讯号处理则需要一特别控制程序。组件符号I 6轴式机械臂2 入口3承接板4驾驶舱5 装置6 装置7投影表面8投影表面9投影表面10测量装置11烟雾分布12烟雾产生器13模块系统14 系统15有机发光二极管(OLED)显示器16侦测装置17感应器。
权利要求
1.一种用于操作具有特殊真实感的仿真器以学习如何控制飞行载具的装置，该飞行载具特别是飞行器且是在三维现实中移动，其特征在于该装置具有下列特征: a)飞行载具驾驶舱(4)，其建置在欲进行模拟的该飞行载具上且具有真实操作者控制组件，该飞行载具驾驶舱一方面是连接至6轴式工业机械臂(I )，且在另一方面是经由一侧向动作移动装置(6)而连接至地面，该侧向动作移动装置(6)是以直角而固定在纵向动作移动装置(5)上； b)显示器，其建置在该飞行载具驾驶舱(4)的轮廓上，该显示器是用以基于有机发光二极管技术而传送模拟外景； c)为了模拟实际上会发生的危险情况，设置有用于人为产生烟雾(12)、摇晃动作、声音产生与光线现象(14)的可控制系统； d)为了侦测人类压力反应，提供用于感应皮肤阻抗(10)与用于侦测人体动作与外形(16)的可控制系统； e)感应器(17)，用于侦测该飞行载具驾驶舱的实际动作； f)用于外部操作与控制该仿真器的系统，该系统还记录飞行训练者的反应。
2.根据权利要求1所述用 于操作仿真器的装置，其特征在于: 为了传送仿真外景，除了根据特征b)的该有机发光二极管技术以外，使用位于该飞行器驾驶舱(4)外的显示器，该显示器是通过投影机而被投影至投影表面上。
3.根据前述权利要求其中一项所述的装置，其特征在于: 所使用的该飞行器驾驶舱(4)的该操作者控制面板可通过模块系统(13)而以可轻易互换方式快速适应于个别模拟的飞行器类型。
4.根据前述权利要求其中一项所述的装置，其特征在于: 为训练的目的，特别是直升机飞行员，亦提供映像地面区域的另一投影表面，且其特征在于该飞行器驾驶舱(4)配备有透明地板。
5.根据前述权利要求其中一项所述的装置，其特征在于: 为军用领域训练的目的，为了模拟实际上会发生的危险情况，于训练程序中提供关于军用技术的声音、光学与机械本质的参数。
6.一种用于操作具有特殊真实感的仿真器以学习如何控制飞行载具的方法，该飞行载具特别是飞行器且是在三维现实中移动，其特征在于该方法具有下列特征: a)飞行载具驾驶舱(4)，其建置在欲进行模拟的该飞行载具上且具有真实操作者控制组件，该飞行载具驾驶舱可通过外部操作者控制单元而移动，其可通过6轴式工业机械臂(I)在地面上两个正交方向中移动； b)模拟外景是通过显示器而传送至该飞行训练者，该显示器是使用有机发光二极管技术而非一般的透明飞行器驾驶舱； c)为了模拟实际上会发生的危险情况，提供用于人为产生烟雾(12)、摇晃动作、声音产生与光线现象(14)的可控制系统； d)为了侦测人类压力反应，提供用于感应皮肤阻抗(10)与用于侦测人体动作与外形(16)的可控制系统；以及 e)所使用的该操作者控制面板可通过模块系统(13)而快速适应至个别模拟的飞行器类型。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于: 为了传送仿真外景，除了根据特征b)的该有机发光二极管技术以外，使用位于该飞行器驾驶舱(4)外的显示器，该显示器是通过投影机而被投影至投影表面上。
8.一种计算机程序，其具有程序代码，以于该程序在计算机中运行时执行根据权利要求6与7中其一所述的方法步骤。
9.一种机器可读取载体，其具有计算机程序的程序代码，以于该程序在计算机中运行时执行根据权利要求6与 7中其一所述的方法步骤。
全文摘要
本发明说明了用于操作具特殊真实感的仿真器的装置及方法，以学习如何控制一飞行器，其特征在于该装置具有下列特征a)一飞行载具驾驶舱(4)，其建置在欲进行模拟的该飞行载具上，该飞行载具驾驶舱一方面是连接至一6轴式工业机械臂(1)，且在另一方面是经由一侧向动作移动装置(6)而连接至地面，该侧向动作移动装置(6)是以一直角而固定在一纵向动作移动装置(5)上；b)一显示器，用以基于有机发光二极管技术而传送一模拟外景；c)为了模拟实际上会发生的危险情况，设置有用于人为产生烟雾(12)、摇晃动作、声音产生与光线现象(14)的系统；d)为了侦测人类压力反应，提供用于感应人体动作的系统；e)一感应器(17)，用于侦测该飞行载具驾驶舱的实际动作；f)用于操作与控制该仿真器的一系统。
文档编号G09B9/04GK103155017SQ201180041924
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月22日 优先权日2010年8月30日
发明者奥拉夫·居林 申请人:格伦策巴赫机械制造有限公司