(57)【要約】  この発明は、シミュレーターにおける遠隔操作されたビークルの組み合わされたシミュレーション及び制御のための装置及び方法に関する。実際の操縦部品を備え、制御されるビークルを模した運転者／パイロット室には、地面に結合された６軸産業用ロボットが設けられている。運転者／パイロット室外観を複製したディスプレイは、シミュレートされた外の景色を伝達する役割を果たす。この発明は以下の特徴を有している。ａ）制御されるビークルは、シミュレーターのユーザーに対してセンサーによって捕捉したデータを送信し、ｂ）それによって、シミュレーターのユーザーは、実際の運転者／パイロットと同じビークルの動きの印象を仮想的に受け、ｃ）シミュレーターのユーザーが反応する様子は、機械的に捉えられた信号に変換され、ｄ）ユーザーの頭部に取り付けられたセンサー部は、両目の調節のために設けられており、ｅ）装置によって、ビークルが実際に制御される場合には、ＧＰＳの助けを借りて、実際のビークルの位置を計算された位置に修正する。【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
シミュレーターにおける遠隔操作されたビークルの組み合わされたシミュレーション及び制御のための装置であって、実際の操縦部品を備え、制御されるビークルを複製したビークルキャビン(SIC:コックピット)は、支持装置を介して６軸産業用ロボットを用いて地面に結合され、シミュレートされた外の景色を伝達するために、ビークルキャビンの外観を複製するディスプレイスクリーンが用いられており、
ａ）制御されるビークルの光学的データを受信するための受信部、及び、前記制御されるべきビークルの音響データを受信する受信部と、
ｂ）動作と関連するデータを双方向に伝達する送受信部と、
ｃ）シミュレーターのユーザーによって機械的に発生され、数学的モデルによって処理された信号を、前記ビークルの制御要素に送信する制御部と、
ｄ）制御されるビークルの開始位置において、投影中にビークルのコックピットの長手方向の軸に対してユーザーの両目の調節のためのセンサーと、
ｅ）数学的に計算されたビークルの位置をＧＰＳによって確認された位置に微調整するための装置と、
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
頭部の位置を捕捉するために、センサー（８）がユーザーの頭部に装着され、そのデータは、前記ディスプレイスクリーン上に表示された画像の視野方向及び／又は遠近感を制御することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記６軸産業用ロボットの支持装置は、シャーシとして設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記シミュレーション又は制御は、陸上、海上及び空中のビークルに使用されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の装置。
【請求項５】
コックピットに導入されるＡＭＯＬＥＤシステム又は大規模投影システムが、視覚化要素として用いられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
嗅覚及び／又は特有の味覚データを受信するための受信部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
シミュレーターにおける遠隔操作されたビークルの組み合わされたシミュレーション及び制御のための方法であって、実際の操縦部品を備え、制御されるビークルを複製したビークルキャビン(SIC:コックピット)は、シャーシとして設置された支持装置を介して６軸産業用ロボットを用いて地面に結合され、シミュレートされた外の景色を伝達するために、ビークルキャビンの外観を複製するディスプレイスクリーンが用いられており、
ｆ）センサーによって測定され、光学、運動学及び音響学の領域からの現在のデータが、制御されるビークルからシミュレーターのユーザーに伝達され、
ｇ）その結果、前記シミュレーターのユーザーは、実際に存在するパイロットのように、ビークルの動きや操作とほぼ同じ印象を受け入れ、彼の経験及び／又は直感に従って現在の状況に反応することができ、
h）前記シミュレーターのユーザーの反応の仕方が機械的に記録された信号に変換され、数学的モデルによって処理され、制御されるビークルに伝達され、実際の制御の場合、そこで実際の制御操作に変換され、
ｉ）制御されるビークルの開始位置において、投影中にビークルのコックピットの長手方向の軸に対してユーザーの両目の調節のためにセンサーが用いられ、その重さが考慮されており、
ｊ）装置によって、実際に制御されたビークルの場合、ＧＰＳシステムによって計算された位置にビークルの実際の位置をほとんど気付かれないように調節する、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
頭部の位置を捕捉するために、センサー（８）がユーザーの頭部に装着され、そのデータは、前記ディスプレイスクリーン上に表示された画像の視野方向及び／又は遠近感を制御することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記シミュレーション又は制御は、陸上、海上及び空中のビークルに使用され、前記ビークルから嗅覚及び／又は特有の味覚データが送信されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
動きの表現と視覚化は、６０Ｈｚのクロックで実行され、データベースからのリアルタイムの画像が人工の画像の上に重ねられ、その解像度は、１０ｃｍ／画素乃至１５ｍ／画素の範囲で可変であることを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
プログラムがコンピュータで実行されたときに、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載された方法ステップを実行するためのプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。
【請求項１２】
プログラムがコンピュータで実行されたときに、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載された方法ステップを実行するためのコンピュータプログラムのプログラムコードを備えた機械で読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はユーザーフレンドリーな投影システムを用いた、遠隔操作されたビークルの組み合わされたシミュレーション及び制御のための方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フライトシミュレーター又はビークルシミュレーターは、実際の飛行のための安全性を増加させ、実施コストを低下させる。経験のない飛行学校の生徒が飛行を身につけるときや、新しいビークル又は新しい技術に関してほとんど経験のないパイロットが操作手順について指導を受けるときに、安全面が向上される。
【０００３】
本出願人自身によるDE 10 2010 035 814 B3は、特に実際的な感覚を有するフライトシミュレーターを操作するための装置及び方法を開示している。そこに記載されている装置又はそれに対応した方法は、それを用いることによって、三次元的な現実感を備えたビークル、特に飛行機の動きを習得するために、特別な現実的印象を備えたシミュレーターの操作が達成される装置及び方法を提案するという目的に基づいている。また、操作習得に同席している教官にとっても、生徒の学習の進歩やストレスの度合いを客観的に観察することも可能にする。
【０００４】
この目的を達成するため、この特許の請求項１によれば、三次元的にリアルに動くビークルの制御を学習するための、特別な現実的印象を有するシミュレーターを操作するための装置がクレームされており、実際の操縦部品を備え、シミュレートされる飛行機を複製したビークルのキャビン(SIC:コックピット)が、下部構造として設計された支持装置を介して６軸産業用ロボットを用いて地面に結合され、ビークルのキャビンの外観を複製するディスプレイスクリーンが、シミュレートされた外の景色を伝達するために用いられている。この装置は、以下の特徴を有している。
ａ）ビークルのキャビン（４）は、６軸産業用ロボット（１）に結合された上に、横方向の動きに変換する装置（６）を介して地面に結合されており、それは長手方向の動きに変換する装置（５）上を直角に動くように取り付けられており、産業用ロボット（１）の動きとは無関係に、組み合わされた２つの装置（６，５）の加速された動作が可能であり、
ｂ）ビークルのキャビン（４）の外観を複製するディスプレイスクリーンはＯＬＥＤ技術に基づいて製作され、
ｃ）実際に起こりうる危険な状況をシミュレートするために、人工的な煙（１２）の発生、震動、音の発生及び光現象（１４）のための制御可能な複数の装置が設けられており、
ｄ）人の緊張反応を検出するために、皮膚の電気抵抗（１０）を感知し、及び人の動き及び表情（１６）を検出するための制御可能な複数の装置が設けられており、
ｅ）ビークルのキャビンの実際の動きを検出するためのセンサー（１７）、
ｆ）飛行学校の生徒の反応も記録する、シミュレーターを外部から操作し制御するための装置。
【０００５】
さらに、同じく本出願人によるDE 10 2010 053 686 B3は、ビークルシミュレーター又はフライトシミュレーターのユーザーのための自律した安全システム及びそのようなシミュレーターを安全に使用するための方法を開示している。これらは、それを用いることによって、ビークル又は飛行機の操縦技術的な知識を伝達することに加えて、技術的な失敗又は事故の際にビークルシミュレーターのユーザーの安全を優先する、装置及び方法を提案するという目的に基づいている。
【０００６】
この点に関して、この特許の請求項１は以下のようにクレームされている。
６軸ロボットにより作動されるシミュレーションコックピット（３）の形式のビークルシミュレーター又はフライトシミュレーター用の自律安全システムであって、以下の特徴を備える。
ａ）許可された者にだけ開かれ、制限された安全領域（９）の全てのコーナーに設置されたモニターセンサー（１１）によって多重に保護されたアクセス領域、
ｂ）ビークルシミュレーターの運転可能な領域のどこにでも走行線路（１４）上を移動可能な救助ユニット（１３）であって、この救助ユニットは、救助プラットフォーム（２５）、手摺り（２４）及び非常用の滑り台（２６）を有する、
ｃ）全操作領域に設置された衝撃吸収面であって、この衝撃吸収面は、コックピット（３）の操作領域の全体にわたって拡張されている、
ｄ）複数の平面で構成された投影面（３３，３４）。
【０００７】
なお、ひじょうに現実的な印象であるとはいえ、ビークルキャビンにおける各シミュレーション動作のために伝達される操作データは、ビークルを実際に操縦する際に生じる操作データとは異なる。これは、実際のパイロットは、五感を通じて、意識的に又は無意識に、ビークルのキャビン内で普通にシミュレートされたときよりもずっと多くのことを感じるからである。このことは、特にドローンと呼ばれる自律飛行物体が、実際の飛行機を操縦するパイロットによって制御されることからも、明らかである。
【０００８】
それゆえ、本発明は、それを用いることによって、特に、実際にビークルの動きを生じさせている間に、ユーザーフレンドリーな投影システムによって、それぞれのパイロットにとって現実的印象の度合いを顕著に増加させる、ビークルの動きをシミュレートするための装置及び方法を提供するという目的に基づいている。
【発明の概要】
【０００９】
この目的は、請求項１の特徴によって達成され、
シミュレーターにおける遠隔操作されたビークルの組み合わされたシミュレーション及び制御のための装置であって、実際の操縦部品を備え、制御されるビークルを複製したビークルキャビン(SIC:コックピット)は、支持装置を介して６軸産業用ロボットを用いて地面に結合され、シミュレートされた外の景色を伝達するために、ビークルキャビンの外観を複製するディスプレイスクリーンが用いられており、以下の特徴を有している。
ａ）制御されるビークルの光学的データを受信するための受信部、及び、前記制御されるべきビークルの音響データを受信する受信部と、
ｂ）動作と関連するデータを双方向に伝達する送受信部と、
ｃ）シミュレーターのユーザーによって機械的に発生され、数学的モデルによって処理された信号を、前記ビークルの制御要素に送信する制御部と、
ｄ）制御されるビークルの開始位置において、投影中にビークルのコックピットの長手方向の軸に対してユーザーの両目の調節のためのセンサーと、
ｅ）数学的に計算されたビークルの位置をＧＰＳによって確認された位置に微調整するための装置。
【００１０】
請求項２は、請求項１に係る装置であって、頭部の位置を捕捉するために、センサー（８）がユーザーの頭部に装着され、そのデータは、前記ディスプレイスクリーン上に表示された画像の視野方向及び／又は遠近感を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項３は、請求項１又は２に係る装置であって、前記６軸産業用ロボットの支持装置は、シャーシとして設置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４は、請求項１、２又は３に係る装置であって、前記シミュレーション又は制御は、陸上、海上及び空中のビークルに使用されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５は、請求項１乃至４のいずれか一項に係る装置であって、コックピットに導入されるＡＭＯＬＥＤシステム又は大規模投影システムが、視覚化要素として用いられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６は、請求項１乃至５のいずれか一項に係る装置であって、嗅覚及び／又は特有の味覚データを受信するための受信部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る対応する方法は、
シミュレーターにおける遠隔操作されたビークルの組み合わされたシミュレーション及び制御のための方法であって、実際の操縦部品を備え、制御されるビークルを複製したビークルキャビン(SIC:コックピット)は、シャーシとして設置された支持装置を介して６軸産業用ロボットを用いて地面に結合され、シミュレートされた外の景色を伝達するために、ビークルキャビンの外観を複製するディスプレイスクリーンが用いられており、以下の特徴を有している。
ａ）センサーによって測定され、光学、運動学及び音響学の領域からの現在のデータが、制御されるビークルからシミュレーターのユーザーに伝達され、
ｂ）その結果、前記シミュレーターのユーザーは、実際に存在するパイロットのように、ビークルの動きや操作とほぼ同じ印象を受け入れ、彼の経験及び／又は直感に従って現在の状況に反応することができ、
ｃ）前記シミュレーターのユーザーの反応の仕方が機械的に記録された信号に変換され、数学的モデルによって処理され、制御されるビークルに伝達され、実際の制御の場合、そこで実際の制御操作に変換され、
ｄ）制御されるビークルの開始位置において、投影中にビークルのコックピットの長手方向の軸に対してユーザーの両目の調節のためにセンサーが用いられ、その重さが考慮されており、
ｅ）装置によって、実際に制御されたビークルの場合、ＧＰＳシステムによって計算された位置にビークルの実際の位置をほとんど気付かれないように調節する。
【００１６】
請求項８は、請求項７に係る方法であって、頭部の位置を捕捉するために、センサー（８）がユーザーの頭部に装着され、そのデータは、前記ディスプレイスクリーン上に表示された画像の視野方向及び／又は遠近感を制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項９は、請求項８に係る方法であって、前記シミュレーション又は制御は、陸上、海上及び空中のビークルに使用され、前記ビークルから嗅覚及び／又は特有の味覚データが送信されることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０は、請求項８又は９に係る方法であって、動きの表現と視覚化は、６０Ｈｚのクロックで実行され、データベースからのリアルタイムの画像が人工の画像の上に重ねられ、その解像度は、１０ｃｍ／画素乃至１５ｍ／画素の範囲で可変であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１は、プログラムがコンピュータで実行されたときに、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載された方法ステップを実行するためのプログラムコードを備えたコンピュータプログラムである。
【００２０】
請求項１２は、プログラムがコンピュータで実行されたときに、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載された方法ステップを実行するためのコンピュータプログラムのプログラムコードを備えた機械で読み取り可能な媒体である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】飛行物体の概観を示す図。
【図２】投影状況のイメージを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、実際に動いているビークルからの重要なデータの送信により、シミュレーターのユーザーがあたかも各ビークルの実際のパイロットであるかのように感じることを可能にするというアイデアに基づいている。本発明において、ビークルとは、陸上、海上及び空中で一般的に用いられている全てのビークルを意味する。
【００２３】
飛行機は、明らかに空中で制御し姿勢を維持することが最も難しいので、飛行機を例にして本発明を説明する。民間の領域においてさえ、無人の飛行機システムがますます空中を占領し始めている。それゆえ、このような飛行物体は、ドイツにとって新たな空中輸送手段の最終版であるとさえいわれている。通常は、軍事の領域でドローンとして知られているこれらの飛行物体は、人がたどり着くことが困難な場所を飛行することができ、通常はヘリコプターよりも安価であり、且つ、安全である。人工衛星と比べても、これらは、特定の地域を直接的に、より近く飛行して詳細に調べることができるだけでなく、所望する結果が得られるまでそれをし続けることができるという利点を有している。しかしながら、一般的に用いられているこの種の飛行物体の積載量は限られており、それゆえ、これらの使用領域も幾分限定的である。一方、この種の大型の無人飛行機システムは、現在のところ未だにパイロットを必要としており、その人の負担もまたマイナスの要因となる。それはさておき、民間の領域においてさえ、人命を失うことになりかねない操縦も存在する。
【００２４】
本発明は、発明の詳細な説明の導入部分で述べたような既存のフライトシミュレーターに、制御されるビークル、例えば無人飛行機システムからのデータを受信するために装備されたユニットを付加的に設けることによって、この問題を解決する。このようにして、そのようなシミュレーターのユーザーは、実際に動いているビークルを制御するために必要な飛行データを、ほぼリアルタイムに入手することが可能となる。一方、制御される飛行物体をそのようにアクティブ制御するために必要な修正データを送信するために、飛行物体に対して擬似双方向に動作関連データが送信されるように、シミュレーターの領域に配置された送信ステーションが付加的に準備されている。
【００２５】
このような動作関連データは、シミュレーターのユーザーが従来と同様にペダル又は操縦桿を操作することによって生じる機械的な信号によって発生され、好適な数学的モデル又は演算によって処理され、各ビークルの制御部に送信される。シミュレーターのパイロットの経験及び同様に経験によって得られたある種の直感は、適切なときに、正確にこれらの信号の生成に反映される。光学的、音響的又は状況に依存する特徴を有する、制御されるビークルから送信されたデータは、この種のデータが所定の間隔で又は連続的に要求されるときにだけ、双方向形式であることを必要とする。
【００２６】
以下に、図面に基づいて、本発明をより詳細に説明する。図１は、飛行物体の概観を示す。ユーザーにとって、動いているビークルの制御方法をシミュレーションする方法は、公知の３次元の世界での実際に動いているビークルの制御方法と同じである。実際に動いているビークルの制御の場合、本発明によって、図１において輪郭で示されたように、ビークル、ここでは飛行物体の位置が、シミュレーターのディスプレイスクリーン上の実際の飛行物体の位置と対応する位置に表示されることが保証される。従って、符号１は実際の飛行物体の位置を特定し、符号２はシミュレーターのディスプレイスクリーン上の推定位置を特定する。本発明に係るシステムの一部をなすＧＰＳシステム(global positioning system)は、符号３で特定され、制御された飛行物体の実際の位置１が、シミュレーターのディスプレイスクリーン上の位置２に一致することを保証する。このことは、もしも、制御された飛行物体のアクションを開始させる実際の目標物がこの飛行物体の直ぐそばに位置しているときに、特に有効である。シミュレーターのユーザーは、このようなディスプレイスクリーン上に表示された位置の修正処理には気付かない。
【００２７】
シミュレーターの投影面は、図１中、符号４で示されており、一方、模式的な図示である符号５及び６は、飛行物体の計算による位置５と、ＧＰＳシステムの作用により修正された位置６を示す。シミュレーターの６軸ロボットとの結合部は、符号７で示す。
【００２８】
図２は、本発明に係るシステムのさらにユーザーフレンドリーな特徴を描いた投影状態のイメージを示す。この場合、公知の６軸ロボットへの結合部は符号７で特定され、シミュレーターにおいて計算された位置又はシミュレーター自体は符号５で特定される。
【００２９】
頭部のセンサー８は、図示されたユーザーのヘッドセット内に示されており、頭部の瞬間的な位置を検出し、それによって、ユーザーの観察方向を表示するだけでなく、投影システム又はディスプレイスクリーンからの頭部の距離を記録する。
【００３０】
頭部センサー８によって検出されたこれらのデータは、ユーザーの観察方向のディスプレイスクリーン上に示された空間領域への適応を可能にするだけでなく、もしも、ユーザーの頭部がディスプレイスクリーンに近づいたり離れたりしたときに、付加的に画像の細部の拡大又は縮小する。
【００３１】
停止状態で、投影のために、ビークルのコックピットの長手方向に軸に対して両目を調節するために（詳細には示していない）別のセンサーが用いられている。この場合、停止状態とは、ビークルの遠隔操作の開始位置のことをいう。この開始位置は、ビークルの重心の位置次第で変化し、重心は主にビークルの荷重によって変化する。
【００３２】
さらに、本発明では、いわゆる８０／２０シミュレーションモデルが用いられている。これは、現実の印象、すなわち、全体的な印象の信憑性の認識は、視覚化によっておよそ８０％達成され、およそ２０％は動作の表現によって達成されることを意味している。急速でスケールの大きな動作を表現している間は、動きを優先して、この割合は変化する。水上、陸上、及び空中に適した数学的モデルが考えられる。数学的モデルは、極端な動作に対して平滑化されることができる。そのため、ユーザーに対するストレスは、慣習的な枠組みのままである。動作及び視覚化は、６０Ｈｚのクロックで実行され、随時リアルタイムデータで置き換えられることができる。
【００３３】
さらに、合成視覚(synthetic vision)と呼ばれる方法によって、重ね合わされた画像を作成することができる。この場合、データベースからのリアルタイム画像を合成された画像の上に重ね合わせることができ、その解像度は、１０ｃｍ／画素乃至１５ｍ／画素の範囲で変化させることができる。
【００３４】
シミュレーターにおける表示中、可視化は、飛行物体からの可視領域の大きさに適合された、いわゆるＡＭＯＬＥＤ(active matrix organic light-emitting diode)システムによって、又は、最大１５５ｍ２の画面を有する大規模投影スクリーンを用いて実行することができる。
【００３５】
ビークルからの画像は、リアルタイムに操作ステーションに中継される。このシステムは、ビークルのコックピットからと、操作ステーションからの両方で制御可能である。安全要求に関してＣＥガイドラインの全てが満たされている。
【００３６】
さらに、例えば、火事のにおいや空気中の粒子の味をシミュレートするために、嗅覚及び／又は特有の味覚データを受信するための受信部を設けることも可能である。
【００３７】
複雑な動きを制御する処理及び用いられたセンサーの信号処理は、特別な制御プログラムを必要とする。
【符号の説明】
【００３８】
１  飛行物体、実際の位置
２  飛行物体、計算された位置
４  投影面
５  シミュレーターにおける計算された位置
６  シミュレーターにおける修正された位置
７  ６軸ロボット
８  頭部センサー
９  ＡＭＯＬＥＤ  投影システム
【図１】
2016507762.tif 000002
【図２】
2016507762.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月21日(2015.7.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シミュレーターにおける遠隔操作されたビークルの組み合わされたシミュレーション及び制御のための装置であって、実際の操縦部品を備え、制御されるビークルを複製したビークルコックピットは、支持装置を介して６軸産業用ロボットを用いて地面に結合され、シミュレートされた外の景色を伝達するために、ビークルコックピットの外観を複製するディスプレイスクリーンが用いられており、
ａ）制御されるビークルの光学的データを受信するための受信部、及び、前記制御されるべきビークルの音響データを受信する受信部と、
ｂ）動作と関連するデータを双方向に伝達する送受信部と、
ｃ）シミュレーターのユーザーによって機械的に発生され、数学的モデルによって処理された信号を、前記ビークルの制御要素に送信する制御部と、
ｄ）制御されるビークルの開始位置において、投影中にビークルのコックピットの長手方向の軸に対してユーザーの両目の調節のためのセンサーと、
ｅ）数学的に計算されたビークルの位置をＧＰＳによって確認された位置に微調整するための装置と、
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
頭部の位置を捕捉するために、センサー（８）がユーザーの頭部に装着され、そのデータは、前記ディスプレイスクリーン上に表示された画像の視野方向及び／又は遠近感を制御することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記６軸産業用ロボットの支持装置は、シャーシとして設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記シミュレーション又は制御は、陸上、海上及び空中のビークルに使用されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の装置。
【請求項５】
コックピットに導入されるＡＭＯＬＥＤシステム又は大規模投影システムが、視覚化要素として用いられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
嗅覚及び／又は特有の味覚データを受信するための受信部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
シミュレーターにおける遠隔操作されたビークルの組み合わされたシミュレーション及び制御のための方法であって、実際の操縦部品を備え、制御されるビークルを複製したビークルコックピットは、シャーシとして設置された支持装置を介して６軸産業用ロボットを用いて地面に結合され、シミュレートされた外の景色を伝達するために、ビークルコックピットの外観を複製するディスプレイスクリーンが用いられており、
ｆ）センサーによって測定され、光学、運動学及び音響学の領域からの現在のデータが、制御されるビークルからシミュレーターのユーザーに伝達され、
ｇ）その結果、前記シミュレーターのユーザーは、実際に存在するパイロットのように、ビークルの動きや操作とほぼ同じ印象を受け入れ、彼の経験及び／又は直感に従って現在の状況に反応することができ、
ｈ）前記シミュレーターのユーザーの反応の仕方が機械的に記録された信号に変換され、数学的モデルによって処理され、制御されるビークルに伝達され、実際の制御の場合、そこで実際の制御操作に変換され、
ｉ）制御されるビークルの開始位置において、投影中にビークルのコックピットの長手方向の軸に対してユーザーの両目の調節のためにセンサーが用いられ、その重さが考慮されており、
ｊ）装置によって、実際に制御されたビークルの場合、ＧＰＳシステムによって計算された位置にビークルの実際の位置をほとんど気付かれないように調節する、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
頭部の位置を捕捉するために、センサー（８）がユーザーの頭部に装着され、そのデータは、前記ディスプレイスクリーン上に表示された画像の視野方向及び／又は遠近感を制御することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記シミュレーション又は制御は、陸上、海上及び空中のビークルに使用され、前記ビークルから嗅覚及び／又は特有の味覚データが送信されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
動きの表現と視覚化は、６０Ｈｚのクロックで実行され、データベースからのリアルタイムの画像が人工の画像の上に重ねられ、その解像度は、１０ｃｍ／画素乃至１５ｍ／画素の範囲で可変であることを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
プログラムがコンピュータで実行されたときに、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載された方法ステップを実行するためのプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。
【請求項１２】
プログラムがコンピュータで実行されたときに、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載された方法ステップを実行するためのコンピュータプログラムのプログラムコードを備えた機械で読み取り可能な媒体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はユーザーフレンドリーな投影システムを用いた、遠隔操作されたビークルの組み合わされたシミュレーション及び制御のための方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フライトシミュレーター又はビークルシミュレーターは、実際の飛行のための安全性を増加させ、実施コストを低下させる。経験のない飛行学校の生徒が飛行を身につけるときや、新しいビークル又は新しい技術に関してほとんど経験のないパイロットが操作手順について指導を受けるときに、安全面が向上される。
【０００３】
本出願人自身によるDE 10 2010 035 814 B3は、特に実際的な感覚を有するフライトシミュレーターを操作するための装置及び方法を開示している。そこに記載されている装置又はそれに対応した方法は、それを用いることによって、三次元的な現実感を備えたビークル、特に飛行機の動きを習得するために、特別な現実的印象を備えたシミュレーターの操作が達成される装置及び方法を提案するという目的に基づいている。また、操作習得に同席している教官にとっても、生徒の学習の進歩やストレスの度合いを客観的に観察することも可能にする。
【０００４】
この目的を達成するため、この特許の請求項１によれば、三次元的にリアルに動くビークルの制御を学習するための、特別な現実的印象を有するシミュレーターを操作するための装置がクレームされており、実際の操縦部品を備え、シミュレートされる飛行機を複製したビークルのコックピットが、下部構造として設計された支持装置を介して６軸産業用ロボットを用いて地面に結合され、ビークルのコックピットの外観を複製するディスプレイスクリーンが、シミュレートされた外の景色を伝達するために用いられている。この装置は、以下の特徴を有している。
ａ）ビークルのコックピット（４）は、６軸産業用ロボット（１）に結合された上に、横方向の動きに変換する装置（６）を介して地面に結合されており、それは長手方向の動きに変換する装置（５）上を直角に動くように取り付けられており、産業用ロボット（１）の動きとは無関係に、組み合わされた２つの装置（６，５）の加速された動作が可能であり、
ｂ）ビークルのコックピット（４）の外観を複製するディスプレイスクリーンはＯＬＥＤ技術に基づいて製作され、
ｃ）実際に起こりうる危険な状況をシミュレートするために、人工的な煙（１２）の発生、震動、音の発生及び光現象（１４）のための制御可能な複数の装置が設けられており、
ｄ）人の緊張反応を検出するために、皮膚の電気抵抗（１０）を感知し、及び人の動き及び表情（１６）を検出するための制御可能な複数の装置が設けられており、
ｅ）ビークルのコックピットの実際の動きを検出するためのセンサー（１７）、
ｆ）飛行学校の生徒の反応も記録する、シミュレーターを外部から操作し制御するための装置。
【０００５】
さらに、同じく本出願人によるDE 10 2010 053 686 B3は、ビークルシミュレーター又はフライトシミュレーターのユーザーのための自律した安全システム及びそのようなシミュレーターを安全に使用するための方法を開示している。これらは、それを用いることによって、ビークル又は飛行機の操縦技術的な知識を伝達することに加えて、技術的な失敗又は事故の際にビークルシミュレーターのユーザーの安全を優先する、装置及び方法を提案するという目的に基づいている。
【０００６】
この点に関して、この特許の請求項１は以下のようにクレームされている。
６軸ロボットにより作動されるシミュレーションコックピット（３）の形式のビークルシミュレーター又はフライトシミュレーター用の自律安全システムであって、以下の特徴を備える。
ａ）許可された者にだけ開かれ、制限された安全領域（９）の全てのコーナーに設置されたモニターセンサー（１１）によって多重に保護されたアクセス領域、
ｂ）ビークルシミュレーターの運転可能な領域のどこにでも走行線路（１４）上を移動可能な救助ユニット（１３）であって、この救助ユニットは、救助プラットフォーム（２５）、手摺り（２４）及び非常用の滑り台（２６）を有する、
ｃ）全操作領域に設置された衝撃吸収面であって、この衝撃吸収面は、コックピット（３）の操作領域の全体にわたって拡張されている、
ｄ）複数の平面で構成された投影面（３３，３４）。
【０００７】
なお、ひじょうに現実的な印象であるとはいえ、ビークルコックピットにおける各シミュレーション動作のために伝達される操作データは、ビークルを実際に操縦する際に生じる操作データとは異なる。これは、実際のパイロットは、五感を通じて、意識的に又は無意識に、ビークルのコックピット内で普通にシミュレートされたときよりもずっと多くのことを感じるからである。このことは、特にドローンと呼ばれる自律飛行物体が、実際の飛行機を操縦するパイロットによって制御されることからも、明らかである。
【０００８】
それゆえ、本発明は、それを用いることによって、特に、実際にビークルの動きを生じさせている間に、ユーザーフレンドリーな投影システムによって、それぞれのパイロットにとって現実的印象の度合いを顕著に増加させる、ビークルの動きをシミュレートするための装置及び方法を提供するという目的に基づいている。
【発明の概要】
【０００９】
この目的は、請求項１の特徴によって達成され、
シミュレーターにおける遠隔操作されたビークルの組み合わされたシミュレーション及び制御のための装置であって、実際の操縦部品を備え、制御されるビークルを複製したビークルコックピットは、支持装置を介して６軸産業用ロボットを用いて地面に結合され、シミュレートされた外の景色を伝達するために、ビークルコックピットの外観を複製するディスプレイスクリーンが用いられており、以下の特徴を有している。
ａ）制御されるビークルの光学的データを受信するための受信部、及び、前記制御されるべきビークルの音響データを受信する受信部と、
ｂ）動作と関連するデータを双方向に伝達する送受信部と、
ｃ）シミュレーターのユーザーによって機械的に発生され、数学的モデルによって処理された信号を、前記ビークルの制御要素に送信する制御部と、
ｄ）制御されるビークルの開始位置において、投影中にビークルのコックピットの長手方向の軸に対してユーザーの両目の調節のためのセンサーと、
ｅ）数学的に計算されたビークルの位置をＧＰＳによって確認された位置に微調整するための装置。
【００１０】
請求項２は、請求項１に係る装置であって、頭部の位置を捕捉するために、センサー（８）がユーザーの頭部に装着され、そのデータは、前記ディスプレイスクリーン上に表示された画像の視野方向及び／又は遠近感を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項３は、請求項１又は２に係る装置であって、前記６軸産業用ロボットの支持装置は、シャーシとして設置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４は、請求項１、２又は３に係る装置であって、前記シミュレーション又は制御は、陸上、海上及び空中のビークルに使用されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５は、請求項１乃至４のいずれか一項に係る装置であって、コックピットに導入されるＡＭＯＬＥＤシステム又は大規模投影システムが、視覚化要素として用いられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６は、請求項１乃至５のいずれか一項に係る装置であって、嗅覚及び／又は特有の味覚データを受信するための受信部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る対応する方法は、
シミュレーターにおける遠隔操作されたビークルの組み合わされたシミュレーション及び制御のための方法であって、実際の操縦部品を備え、制御されるビークルを複製したビークルコックピットは、シャーシとして設置された支持装置を介して６軸産業用ロボットを用いて地面に結合され、シミュレートされた外の景色を伝達するために、ビークルコックピットの外観を複製するディスプレイスクリーンが用いられており、以下の特徴を有している。
ａ）センサーによって測定され、光学、運動学及び音響学の領域からの現在のデータが、制御されるビークルからシミュレーターのユーザーに伝達され、
ｂ）その結果、前記シミュレーターのユーザーは、実際に存在するパイロットのように、ビークルの動きや操作とほぼ同じ印象を受け入れ、彼の経験及び／又は直感に従って現在の状況に反応することができ、
ｃ）前記シミュレーターのユーザーの反応の仕方が機械的に記録された信号に変換され、数学的モデルによって処理され、制御されるビークルに伝達され、実際の制御の場合、そこで実際の制御操作に変換され、
ｄ）制御されるビークルの開始位置において、投影中にビークルのコックピットの長手方向の軸に対してユーザーの両目の調節のためにセンサーが用いられ、その重さが考慮されており、
ｅ）装置によって、実際に制御されたビークルの場合、ＧＰＳシステムによって計算された位置にビークルの実際の位置をほとんど気付かれないように調節する。
【００１６】
請求項８は、請求項７に係る方法であって、頭部の位置を捕捉するために、センサー（８）がユーザーの頭部に装着され、そのデータは、前記ディスプレイスクリーン上に表示された画像の視野方向及び／又は遠近感を制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項９は、請求項８に係る方法であって、前記シミュレーション又は制御は、陸上、海上及び空中のビークルに使用され、前記ビークルから嗅覚及び／又は特有の味覚データが送信されることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０は、請求項８又は９に係る方法であって、動きの表現と視覚化は、６０Ｈｚのクロックで実行され、データベースからのリアルタイムの画像が人工の画像の上に重ねられ、その解像度は、１０ｃｍ／画素乃至１５ｍ／画素の範囲で可変であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１は、プログラムがコンピュータで実行されたときに、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載された方法ステップを実行するためのプログラムコードを備えたコンピュータプログラムである。
【００２０】
請求項１２は、プログラムがコンピュータで実行されたときに、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載された方法ステップを実行するためのコンピュータプログラムのプログラムコードを備えた機械で読み取り可能な媒体である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】飛行物体の概観を示す図。
【図２】投影状況のイメージを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、実際に動いているビークルからの重要なデータの送信により、シミュレーターのユーザーがあたかも各ビークルの実際のパイロットであるかのように感じることを可能にするというアイデアに基づいている。本発明において、ビークルとは、陸上、海上及び空中で一般的に用いられている全てのビークルを意味する。
【００２３】
飛行機は、明らかに空中で制御し姿勢を維持することが最も難しいので、飛行機を例にして本発明を説明する。民間の領域においてさえ、無人の飛行機システムがますます空中を占領し始めている。それゆえ、このような飛行物体は、ドイツにとって新たな空中輸送手段の最終版であるとさえいわれている。通常は、軍事の領域でドローンとして知られているこれらの飛行物体は、人がたどり着くことが困難な場所を飛行することができ、通常はヘリコプターよりも安価であり、且つ、安全である。人工衛星と比べても、これらは、特定の地域を直接的に、より近く飛行して詳細に調べることができるだけでなく、所望する結果が得られるまでそれをし続けることができるという利点を有している。しかしながら、一般的に用いられているこの種の飛行物体の積載量は限られており、それゆえ、これらの使用領域も幾分限定的である。一方、この種の大型の無人飛行機システムは、現在のところ未だにパイロットを必要としており、その人の負担もまたマイナスの要因となる。それはさておき、民間の領域においてさえ、人命を失うことになりかねない操縦も存在する。
【００２４】
本発明は、発明の詳細な説明の導入部分で述べたような既存のフライトシミュレーターに、制御されるビークル、例えば無人飛行機システムからのデータを受信するために装備されたユニットを付加的に設けることによって、この問題を解決する。このようにして、そのようなシミュレーターのユーザーは、実際に動いているビークルを制御するために必要な飛行データを、ほぼリアルタイムに入手することが可能となる。一方、制御される飛行物体をそのようにアクティブ制御するために必要な修正データを送信するために、飛行物体に対して擬似双方向に動作関連データが送信されるように、シミュレーターの領域に配置された送信ステーションが付加的に準備されている。
【００２５】
このような動作関連データは、シミュレーターのユーザーが従来と同様にペダル又は操縦桿を操作することによって生じる機械的な信号によって発生され、好適な数学的モデル又は演算によって処理され、各ビークルの制御部に送信される。シミュレーターのパイロットの経験及び同様に経験によって得られたある種の直感は、適切なときに、正確にこれらの信号の生成に反映される。光学的、音響的又は状況に依存する特徴を有する、制御されるビークルから送信されたデータは、この種のデータが所定の間隔で又は連続的に要求されるときにだけ、双方向形式であることを必要とする。
【００２６】
以下に、図面に基づいて、本発明をより詳細に説明する。図１は、飛行物体の概観を示す。ユーザーにとって、動いているビークルの制御方法をシミュレーションする方法は、公知の３次元の世界での実際に動いているビークルの制御方法と同じである。実際に動いているビークルの制御の場合、本発明によって、図１において輪郭で示されたように、ビークル、ここでは飛行物体の位置が、シミュレーターのディスプレイスクリーン上の実際の飛行物体の位置と対応する位置に表示されることが保証される。従って、符号１は実際の飛行物体の位置を特定し、符号２はシミュレーターのディスプレイスクリーン上の推定位置を特定する。本発明に係るシステムの一部をなすＧＰＳシステム(global positioning system)は、符号３で特定され、制御された飛行物体の実際の位置１が、シミュレーターのディスプレイスクリーン上の位置２に一致することを保証する。このことは、もしも、制御された飛行物体のアクションを開始させる実際の目標物がこの飛行物体の直ぐそばに位置しているときに、特に有効である。シミュレーターのユーザーは、このようなディスプレイスクリーン上に表示された位置の修正処理には気付かない。
【００２７】
シミュレーターの投影面は、図１中、符号４で示されており、一方、模式的な図示である符号５及び６は、飛行物体の計算による位置５と、ＧＰＳシステムの作用により修正された位置６を示す。シミュレーターの６軸ロボットとの結合部は、符号７で示す。
【００２８】
図２は、本発明に係るシステムのさらにユーザーフレンドリーな特徴を描いた投影状態のイメージを示す。この場合、公知の６軸ロボットへの結合部は符号７で特定され、シミュレーターにおいて計算された位置又はシミュレーター自体は符号５で特定される。
【００２９】
頭部のセンサー８は、図示されたユーザーのヘッドセット内に示されており、頭部の瞬間的な位置を検出し、それによって、ユーザーの観察方向を表示するだけでなく、投影システム又はディスプレイスクリーンからの頭部の距離を記録する。
【００３０】
頭部センサー８によって検出されたこれらのデータは、ユーザーの観察方向のディスプレイスクリーン上に示された空間領域への適応を可能にするだけでなく、もしも、ユーザーの頭部がディスプレイスクリーンに近づいたり離れたりしたときに、付加的に画像の細部の拡大又は縮小する。
【００３１】
停止状態で、投影のために、ビークルのコックピットの長手方向に軸に対して両目を調節するために（詳細には示していない）別のセンサーが用いられている。この場合、停止状態とは、ビークルの遠隔操作の開始位置のことをいう。この開始位置は、ビークルの重心の位置次第で変化し、重心は主にビークルの荷重によって変化する。
【００３２】
さらに、本発明では、いわゆる８０／２０シミュレーションモデルが用いられている。これは、現実の印象、すなわち、全体的な印象の信憑性の認識は、視覚化によっておよそ８０％達成され、およそ２０％は動作の表現によって達成されることを意味している。急速でスケールの大きな動作を表現している間は、動きを優先して、この割合は変化する。水上、陸上、及び空中に適した数学的モデルが考えられる。数学的モデルは、極端な動作に対して平滑化されることができる。そのため、ユーザーに対するストレスは、慣習的な枠組みのままである。動作及び視覚化は、６０Ｈｚのクロックで実行され、随時リアルタイムデータで置き換えられることができる。
【００３３】
さらに、合成視覚(synthetic vision)と呼ばれる方法によって、重ね合わされた画像を作成することができる。この場合、データベースからのリアルタイム画像を合成された画像の上に重ね合わせることができ、その解像度は、１０ｃｍ／画素乃至１５ｍ／画素の範囲で変化させることができる。
【００３４】
シミュレーターにおける表示中、可視化は、飛行物体からの可視領域の大きさ適合された、いわゆるＡＭＯＬＥＤ(active matrix organic light-emitting diode)システムによって、又は、最大１５５ｍ２の画面を有する大規模投影スクリーンを用いて実行することができる。
【００３５】
ビークルからの画像は、リアルタイムに操作ステーションに中継される。このシステムは、ビークルのコックピットからと、操作ステーションからの両方で制御可能である。安全要求に関してＣＥガイドラインの全てが満たされている。
【００３６】
さらに、例えば、火事のにおいや空気中の粒子の味をシミュレートするために、嗅覚及び／又は特有の味覚データを受信するための受信部を設けることも可能である。
【００３７】
複雑な動きを制御する処理及び用いられたセンサーの信号処理は、特別な制御プログラムを必要とする。
【符号の説明】
【００３８】
１  飛行物体、実際の位置
２  飛行物体、計算された位置
４  投影面
５  シミュレーターにおける計算された位置
６  シミュレーターにおける修正された位置
７  ６軸ロボット
８  頭部センサー
９  ＡＭＯＬＥＤ  投影システム
【国際調査報告】
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2016507762.tif 000005
2016507762.tif 000006
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2016507762.tif 000008
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