DE2906950B2 - Device for directing an external servomechanism onto a target object which has been anoed by a person - Google Patents
Device for directing an external servomechanism onto a target object which has been anoed by a personInfo
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- DE2906950B2 DE2906950B2 DE19792906950 DE2906950A DE2906950B2 DE 2906950 B2 DE2906950 B2 DE 2906950B2 DE 19792906950 DE19792906950 DE 19792906950 DE 2906950 A DE2906950 A DE 2906950A DE 2906950 B2 DE2906950 B2 DE 2906950B2
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Lenken eines externen Servomechanismus auf ein von einer Person anvisiertes Zielobjekt, bei der die Drehrichtung und Neigung des Kopfes der Person zum Bestimmen der Winkelkoordinaten des Zielobjektes dient.The invention relates to a device for steering an external servomechanism onto one of one Target object aimed at person, in which the direction of rotation and inclination of the head of the person are used to determine the angular coordinates of the target object.
Eine solche Einrichtung ist aus der US-PS 37 69 636 bekannt. Bei dieser Einrichtung ist eine mechanische Verbindung vorgesehen, die einerseits an dem Kopf einer in einem Rollstuhl sitzenden Person und andererseits an dem Rollstuhl selbst befestigt ist. Diese Verbindung weist Gelenkverbindungen auf, an denen Fühler vorgesehen sind, so daß die Größe und Richtung einer Drehung des Kopfes und auch dessen Neigung bestimmt werden können. Die Fühler sind elektrisch mit einem Servomechanismus verbunden, durch den die Bewegung eines Elementes gesteuert werden kann.Such a device is known from US Pat. No. 3,769,636. This device is a mechanical one Connection provided on the one hand on the head of a person sitting in a wheelchair and on the other hand is attached to the wheelchair itself. This connection has articulated connections on which Probes are provided so that the amount and direction of rotation of the head and also its inclination can be determined. The sensors are electrically connected to a servomechanism through which the Movement of an element can be controlled.
Aus der DE-OS 21 32 309 ist eine Vorrichtung zur Messung der Blickrichtung bekannt, bei der auf dem Auge des Beobachters eine Kontaktlinse angeordnet wird, welche mindestens einen Spiegel aufweist, um das von einer Lichtquelle auf diesen Spiegel auftreffende Licht zu reflektieren. Mit Hilfe des von dem Spiegel reflektierten Lichtstrahles läßt sich die Bewegung des Auges und insbesondere der Cornea relativ zu einer Bezugsrichtung feststellen.From DE-OS 21 32 309 a device for measuring the viewing direction is known in which on the A contact lens is arranged which has at least one mirror around the eye of the observer reflect light incident on this mirror from a light source. With the help of the mirror reflected light beam can be the movement of the eye and in particular the cornea relative to a Determine the reference direction.
Eine ähnliche Einrichtung ist aus der DE-OS 22 02 172 bekannt die zum automatischen Nachführen der Pupille eines optischen Gerätes bei relativer seitlicher Bewegung zwischen der Augenpupille eines Beobachters und der Pupille des optischen Gerätes dient An dem Kopf eines Beobachters ist eine erste optische Einrichtung und an dem optischen Gerät eine zweite optische Einrichtung befestigt Zwischen diesen beiden optischen Einrichtungen verläuft ein LJchtstrahlenbündeL WennA similar device is from DE-OS 22 02 172 known for the automatic tracking of the pupil of an optical device with relative lateral movement between the eye pupil of an observer and the pupil of the optical device serves on the head of an observer is a first optical device and a second optical device on the optical device Device attached A light beam bundle runs between these two optical devices
ίο die Pupille des Beobachters richtig auf die Pupille des optischen Gerätes ausgerichtet ist so wird von der zweiten optischen Einrichtung ein erstes Signal erzeugt Wenn die Pupille des Beobachters seitlich gegenüber der Pupille des optischen Gerätes verschoben ist soίο the pupil of the observer correctly on the pupil of the optical device is aligned, a first signal is generated by the second optical device If the observer's pupil is laterally displaced in relation to the pupil of the optical device, then this is the case
is liegt auch eine entsprechende, relative Verschiebung zwischen der ersten und der zweiten optischen Einrichtung vor, wodurch die zweite optische Einrichtung ein zweites von dem ersten Signal unterschiedliches Signal erzeugt und einer Servoeinrichtung zum Bewegen des optischen Gerätes zuführt Wenn das optische Gerät der Lage der Augenpupille des Beobachters nachgeführt worden ist erzeugt die zweite optische Einrichtung das erste Signal, durch welches keine Nachführung des optischen Gerätes bewirkt wird.There is also a corresponding, relative shift between the first and second optical devices, whereby the second optical device a second signal different from the first signal generated and a servo device for Moving the optical device feeds When the optical device is positioned to the pupil of the eye Has been tracked by the observer, the second optical device generates the first signal through which no tracking of the optical device is effected.
Eine allgemeine Schwierigkeit, die bei jeder Lagemessung eines Zielobjektes auftritt besteht darin, daß irgend ein äußerer Gegenstand als Bezugssystem benötigt wird. Dies erfordert, daß irgendeine Art Verbindung zwischen dem äußeren Bezugssystem undA general difficulty encountered with any target position measurement is that some external object is needed as a frame of reference. This requires that some sort of Connection between the external frame of reference and
so dem System zur Lagemessung des Zielobjektes vorliegt. Bei der aus der US-PS 37 69 636 bekannten Einrichtung ist eine rein mechanische Verbindung zwischen dem System zur Lagemessung des Zielobjektes und dem äußeren System, nämlich dem Rollstuhl vorgesehen.so the system for position measurement of the target object is available. In the device known from US-PS 37 69 636 is a purely mechanical connection between the A system for measuring the position of the target object and the external system, namely the wheelchair, is provided.
η Diese Verbindung beeinträchtigt in hohem Maße die Bewegungsfreiheit des Kopfes des Rollstuhlfahrers. Bei den aus den DE-OS 21 32 309 und 22 02 172 bekannten Einrichtungen stellt ein Lichtstrahlenbündel die Verbindung zwischen den beiden Systemen her. Auch hierdurch wird die Bewegungsfreiheit des Kopfes, an dem eine Lichtquelle oder ein Spiegel befestigt ist, stark eingeschränkt, da das von dem Kopf ausgehende Strahlenbündel auf einen relativ kleinen Empfangsbereich gerichtet werden muß, der im allgemeinen nicht inη This connection affects the Freedom of movement of the head of the wheelchair user. In the known from DE-OS 21 32 309 and 22 02 172 Facilities, a bundle of light rays creates the connection between the two systems. Even this increases the freedom of movement of the head to which a light source or mirror is attached limited, since the beam emanating from the head to a relatively small reception area must be addressed, which is generally not in
4r> der gleichen Blickrichtung wie der anvisierte Gegenstand liegt.4 r > is in the same viewing direction as the targeted object.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine große Bewegungsfreiheit der die EinrichtungIt is therefore the object of the invention to develop a device of the type mentioned at the beginning in such a way that that a great freedom of movement of the establishment
w benutzenden Person und eine einfache Bedienbarkeit der Einrichtung gewährleistet sind.w user and ease of use the facility are guaranteed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Messung der Drehrichtung des Kopfes um die vertikale Achse eine auf den Erdmagnetismus anspre-This object is achieved in that to measure the direction of rotation of the head around the vertical axis responding to the earth's magnetism
r> chende Drehrichtung-Meßeinrichtung vorgesehen ist und die Neigung des Kopfes durch eine Neigungsmeßeinrichtung die die Abweichung von der Horizontalen mißt, bestimmbar ist.r> corresponding direction of rotation measuring device is provided and the inclination of the head by an inclination measuring device which measures the deviation from the horizontal can be determined.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daßA particular advantage of the invention is that
W) als äußeres Bezugssystem einerseits das Erdmagnetfeld und andererseits die Schwerkraftwirkung ausgenutzt werden. Die Größe und Richtung der Drehung des Kopfes wird durch eine an dem Kopf der Person befestigte, auf das Magnetfeld ansprechende Drehrich-W) as an external reference system, on the one hand, the earth's magnetic field and on the other hand the effect of gravity can be exploited. The amount and direction of rotation of the Head is fastened to the head of the person, responsive to the magnetic field
M tungs-Meßeinrichtung bestimmt. Die Neigung des Kopfes wird durch eine Neigungsmeßeinrichtung bestimmt, die ebenfalls am Kopf der Person befestigt ist und in bekannter Weise auf die Schwerkraft anspricht. M determined measuring device. The inclination of the head is determined by an inclination measuring device, which is also attached to the head of the person and is responsive to gravity in a known manner.
Durch die besondere Wahl des Bezugssystems ist keine mechanische Verbindung mit dem Bezugssystem erforderlich, und es werden lediglich elektrische Verbiniungsleitungen zwischen den an dem Kopf befestigten Meßeinrichtungen und einem Servomechanismus benötigt Da diese Leitungen beliebig flexibel ausgebildet werden können, wird die Bewegungsfreiheit des Kopfes der Person nicht beeinträchtigtDue to the special choice of the reference system, no mechanical connection to the reference system is required, and there are only electrical connecting lines between the measuring devices attached to the head and a servomechanism Since these lines can be designed flexibly as required, the freedom of movement of the head is increased does not affect the person
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es auch möglich, die zum Steuern des Servomechanismus erforderlichen Größen durch direktes anvisieren özs Zielobjektes festzulegen, was im Falle einer Verwendung eines Lichtstrahlenbündels als Verbindungsglied zwischen dem System zur Lagebestimmung und dem Bezugssystem im allgemeinen nicht der Fall istWith the device according to the invention, it is also possible to determine the sizes required to control the servomechanism by directly aiming at the target object, which is generally not the case when a light beam is used as a link between the system for determining the position and the reference system
Die Betätigung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist äußerst einfach, da durch die freie Drehung des Kopfes die für die Bewegung eines Servomechanismus erforderlichen Steuerungsmaßnahmen getroffen werden können. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in vorteilhafter Weise zur Betätigung künstlicher Gliedmaßen, wie z. B. ein künstlicher Arm, verwandt werden.The operation of the device according to the invention is extremely simple because the free rotation of the Control measures necessary for the movement of a servomechanism are taken can. The device according to the invention can advantageously be used to actuate artificial limbs, such as B. an artificial arm can be used.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to a preferred exemplary embodiment explained in more detail on the drawings. It shows
F i g. 1 und 2 schematische Schaltungsdiagramme einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,F i g. 1 and 2 are schematic circuit diagrams of a preferred embodiment of the invention,
F i g. 3,4 und 5 Impulsdiagramme einiger wichtiger in der Schaltung nach F i g. 1 und 2 auftretenden Signale,F i g. 3, 4 and 5 timing diagrams of some important in the circuit according to FIG. 1 and 2 occurring signals,
F i g. 6 ein den Gesamtbetrieb der Schaltung verdeutlichendes Flußdiagramm,F i g. 6 is a flow diagram illustrating the overall operation of the circuit;
Fig. 7 bis 12 den Betrieb abschnittsweise im Detail erläuternde Flußdiagramme,7 to 12 are flowcharts explaining the operation section by section in detail;
Fig. 13 eine graphische Darstellung zur Definition in der Beschreibung auftretender physikalischer Werte,13 is a graphical representation for the definition in the description of occurring physical values,
F i g. 14 die graphische Darstellung eines Zielmusters undF i g. 14 is a graphic representation of a target pattern and
Fig. 15 eine graphische Darstellung einer Anzeigeeinheit. 15 is a graphic representation of a display unit.
Anhand von Fig. 13 soll zu Beginn das Prinzip der erfindungsgemäßen optischen Visiereinrichtung erläutert werden. Die Linie N-S zeigt den Nord-Süd-Verlauf des Erdmagnetismus an. Χ— Υ— Ζ sind Winkelkoordinaten, wobei die X- und K-Achse die Horizontalebene und die Z-Achse eine Vertikalebene definieren. Die Koordinaten werden zu Beginn festgelegt, so daß die Standard-Sehrichtung O- V bezüglich der Linie N- S einen Anfangs-Sehwinkel θο bildet.At the beginning, the principle of the optical sighting device according to the invention will be explained with reference to FIG. The line NS shows the north-south course of the earth's magnetism. Χ— Υ— Ζ are angular coordinates, with the X and K axes defining the horizontal plane and the Z axis defining a vertical plane. The coordinates are set at the beginning, so that the standard viewing direction V O- line N S forms an initial angle of view with respect to θο.
Die Augen der Bedienungsperson im Ursprung O schauen das im Punkt W befindliche Zielobjekt aus einem Abstand R an. Der Punkt IVbildet mit der Linie N-S einen horizontalen Sichtwinkel θ und einen vertikalen Sichtwinkel Φ bezogen auf die horizontale Ebene.The eyes of the operator at the origin O look at the target object located at the point W from a distance R. The point IV forms with the line NS a horizontal viewing angle θ and a vertical viewing angle Φ with respect to the horizontal plane.
Da zum Berechnen der Position eines Zielobjekts die Horizontalkomponente des Erdmagnetismus verwendet wird, wird die Ausgangsgröße (cos Θ) eines Richtungssensors unter Verwendung nachstehender Formel modifiziert:Da uses the horizontal component of terrestrial magnetism to calculate the position of a target object becomes the output (cos Θ) of a direction sensor using the following Modified formula:
F11 =F 11 =
Ml -F Sin I ■ Sin Φ
cos Φ Ml -F Sin I ■ Sin Φ
cos Φ
wobeiwhereby
Ml = Sensorausgangsgröße (cos θ)
I = Magnetische Inklination Ml = sensor output variable (cos θ)
I = magnetic inclination
Wenn die Bedienungsperson mit beiden Augen auf das im Punkt W (x, y, z) befindliche Zielobjekt schaut, können die Werte X, Y und Z durch folgende Gleichungen ausgedrückt werden:When the operator looks at the target object located at the point W (x, y, z) with both eyes, the values X, Y and Z can be expressed by the following equations:
.V = Rcos Φ, · sin(0, - Qü)
Y = Äcos Φ, ■ cos(0| - θ0)
Z= RSm Φ, .V = Rcos Φ, sin (0, - Q ü ) Y = Äcos Φ, ■ cos (0 | - θ 0 )
Z = RSm Φ,
wobei R der Abstand zwischen O und W ist und ausgedruckt werden kann durch:where R is the distance between O and W and can be expressed as:
R =R =
cos Φ · Sin (θ, - Θ2) cos Φ Sin (θ, - Θ 2 )
mit a als Abstand zwischen den Mittelpunkten der Augen der Bedienungsperson und Θ2 als horizontaler Sichtwinkel, gemessen von der Linie N-S, wenn die Bedienungsperson mit einem Auge das Zielobjekt anschaut Die folgenden Operationen werden zum Berechnen der oben angegebenen Gleichungen durchgeführt: NS where a is the distance between the centers of the eyes of the operator and Θ2 as a horizontal viewing angle measured from the line when the operator looks at with one eye, the target object, the following operations are carried out for calculating the above equations:
(1) Festlegen einer Standard-Sehrichtung, um einen Anfangs-Sehwinkel θο zu erhalten.(1) Establishing a standard viewing direction to obtain an initial viewing angle θο.
(2) Anschauen eines Zielobjekts mit beiden Augen, um einen ersten horizontalen Sehwinkel θι und einen vertikalen Sehwinkel Φ\ zu erhalten.(2) Looking at a target object with both eyes to obtain a first horizontal viewing angle θι and a vertical viewing angle Φ \ .
(3) Anschauen desselben Zielobjekts mit einem Auge, um einen zweiten horizontalen Sehwinkel θι zu erhalten.(3) Looking at the same target object with one eye to obtain a second horizontal viewing angle θι .
1st einmal eine Standard-Sehrichtung O— Kbestimmt und festgelegt, können die Positionen anderer Zielobjekte durch wiederholen der obengenannten Operatioen (2) und (3) berechnet werden.1st once a standard viewing direction O- Kbestimmt and determines the positions of other target objects may be prepared by repeating the above Operatioen (2) and are calculated (3).
4(i Wenn ein künstlicher Arm derart gelenkt wird, daß er sich auf das Zielobjekt bewegt, kann als nächstes die Höhe des Zielobjekts unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden, falls die Länge und ein laufender vertikaler Winkel des künstlichen Arms4 (i If an artificial arm is so steered that it moving toward the target object, the height of the target object can next be determined using the following Equation to be calculated if the length and a running vertical angle of the artificial arm
4) bekannt sind:4) are known:
ZH= (/.,sin α + L2s\nß) ZH = (/.,sin α + L 2 s \ nß)
wobeiwhereby
F,, = Horizontal-Komponente des Erdmagnetismus F = Gesamt-Erdmagnetismus F ,, = horizontal component of terrestrial magnetism F = total terrestrial magnetism
L] — die Länge des oberen Abschnitts des künstlichen L] - the length of the upper section of the artificial
Arms.
Z-2 = die Länge des unteren Abschnitts des künstlichenArms.
Z-2 = the length of the lower section of the artificial
Arms.
λ = der vertikale Winkel des oberen Abschnitts desArms.
λ = the vertical angle of the top portion of the
künstlichen Arms.
β = der vertikale Winkel des unteren Abschnitts des künstlichen Arms.artificial arm.
β = the vertical angle of the lower portion of the artificial arm.
Da der Abstand R durch Anwendung der dritten Gleichung von (2) erhalten werden kann, wenn die Höhe ζ und ein vertikaler Sehwinkel Φ] bekannt sind, können weiterhin die Werte X und Y unter Verwendung der verbleibenden Gleichungen von (2) erhalten werden. In diesem Fall werden die folgenden Operationen zum Errechnen der obigen Gleichungen durchgeführt:Further, since the distance R can be obtained by using the third equation of (2), if the height ζ and a vertical viewing angle Φ] are known, the values X and Y can be obtained using the remaining equations of (2). In this case, the following operations are performed to calculate the above equations:
(1) Festlegen einer Standard-Sehrichtung, um einen Anfangs-Sehwinkel 6ozu erhalten.(1) Setting a standard viewing direction to obtain an initial viewing angle of 6o.
(2) Positionieren des künstlichen Arms auf das Zielobjekt, um eine Höhe ZHzu erhalten.(2) Position the artificial arm on the target object to obtain a height ZH .
(3) Anschauen des Zielobjekts mit beiden Augen, um einen horizontalen Winkel Θι und einen vertikalen Winkel Φ\ zu erhalten.(3) Looking at the target object with both eyes to obtain a horizontal angle Θι and a vertical angle Φ \ .
Ist einmal eine Standard-Sehrichtung bestimmt und festgelegt, so können die Positionen anderer Zielobjekte bei einer konstanten Höhe berechnet werden, indem lediglich die obige Operation (3) wiederholt wird.Once a standard viewing direction has been determined and established, the positions of other target objects can can be calculated at a constant height by merely repeating the above operation (3).
Es werden somit die Positionen verschiedener Zielobjekte wiederholt berechnet und zu dem Steuersystem des künstlichen Arms übertragen, so daß sich der künstliche Arm bewegt, indem er den angeschauten Zielobjekten von Punkt zu Punkt folgt.The positions of various target objects are thus repeatedly calculated and sent to the control system of the artificial arm is transmitted so that the artificial arm moves by engaging the viewed Follows target objects from point to point.
F|n weiteres Merkmal der bevorzugten optischen Visiereinrichtung nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, 17 Arten von Flächenabschnitten auf einen Zielobjekt zu identifizieren, so daß 17 Signale, die den jeweiligen Ziel-Flächenabschnitten entsprechen, als Substitution für 17 Tastenschalter geschaltet werden können, um Befehle an ein externes Steuersystem abzugeben. Die nachstehende Tabelle zeigt ein Beispiel von Befehlen, bei dem sechs Elektromotoren betrieben werden.Another feature of the preferred optical Sighting device according to the present invention consists of 17 types of face portions identify a target object so that 17 signals that correspond to the respective target area sections, can be switched as a substitute for 17 key switches to issue commands to an external control system. The table below shows an example of commands in which six electric motors are operated.
Motorengine
M\ M2 Λ/3 M4 MS Mt M \ M2 Λ / 3 M4 MS Mt
Befehl Stop 0 3 6 9 C F Stop command 0 3 6 9 CF
Normal 1 4 7 A D BasisNormal 1 4 7 AD base
Rückwärts 2 5 8 B E - Reverse 2 5 8 BE -
Fig. 14 zeigt ein Zielmuster mit 17 Ziel-Flächenabschnitten, um 17 Befehlssignale zu erzeugen.14 shows a target pattern with 17 target surface sections, to generate 17 command signals.
Fig. 15 zeigt eine Anzeigeeinheit nach Art einer Brille, um visuell die 17 Arten von Befehlssignalen zu erkennen. Auf der Anzeigeeinheit sind 17 Fotodioden befestigt, von denen jede entsprechend dem jeweiligen Ziel-Flächenabschnitt nach F i g. 14 angeordnet istFig. 15 shows a display unit of the type Glasses to visually identify the 17 types of command signals. There are 17 photodiodes on the display unit attached, each of which corresponding to the respective target area section according to F i g. 14 is arranged
Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die schematischen Schaltungsdiagramme die Erfindung weiter erläutert werden. Wie man aus F i g. 1 ersieht, umfaßt der Sensorabschnitt 1 ein Paar Richtungssensoren la und 16, die die Kopfdrehung einer Person um die vertikale Achse erfassen. Neigungsmesser Ic bis Xf erfassen die Neigung des Kopfs. Die Neigungsmesser sind von dem Typ, bei dem ein Drehmomentausgleich bei bewegtem Magnet erfolgt Die Richtungssensoren Xa und Xb werden am Kopf der betreffenden Person befestigt und in rechtem Winkel zueinander angeordnet Sie erfassen einen Winkel θ zwischen einer Sehrichtung und dem Erdmagnetismus in Form der Funktionen sin θ bzw. cos θ. In the following, the invention will be explained further with reference to the schematic circuit diagrams. As one can see from FIG. 1 seen, the sensor section 1 comprises a pair of direction sensors 1 a and 16, which detect the head rotation of a person about the vertical axis. Inclinometers Ic to Xf detect the inclination of the head. The inclinometers are of the type in which torque compensation occurs when the magnet is in motion.The direction sensors Xa and Xb are attached to the head of the person concerned and are arranged at right angles to each other.They detect an angle θ between a direction of vision and the geomagnetism in the form of the functions sin θ or cos θ.
Ein Paar von Neigungsmessern Ic und Xd werden an dem Kopf befestigt, um einen Neigungswinkel Φ der Richtungssensoren bezüglich der horizontalen Achse als Funktionen sin θ bzw. cos Φ zu erfassen. A pair of inclinometers Ic and Xd are attached to the head to detect an inclination angle Φ of the direction sensors with respect to the horizontal axis as functions of sin θ and cos Φ, respectively.
Die Neigungsmesser Ie und if werden an dem künstlichen Arm befestigt, um die Winkel ac und β des oberen und unteren Abschnitts des künstlichen Arms bezuglich der horizontalen Ebene zu erfassen, und zwar als Funktionen sin λ und sin ß. The inclinometers Ie and if are attached to the artificial arm to detect the angles ac and β of the upper and lower portions of the artificial arm with respect to the horizontal plane as functions of sin λ and sin β.
Ein Eingangssteuerabschnitt 2 umfaßt einen EIngangs-Multiplexer 2a, der Eingangssignale von dem Sensorabschnitt 1 erfaßt, sowie einen A/D-Wandler 2b, der ein analoges Signal in ein digitales Signal umwandelt.An input control section 2 comprises an input multiplexer 2a which detects input signals from the sensor section 1 and an A / D converter 2b which converts an analog signal into a digital signal.
Ein Datensteuerabschnitt 3 enthält eine Multiplexersteuerung 3a, die Auswahlsignale für den Eingangsmulti- -, plexer 2a erzeugt, sowie eine Speicheradressiereinrichtung 36, die Adreßsignale für den Speicherabschnitt 4, wo Eingangssignale gespeichert werden, erzeugt. Weiterhin ist eine Betriebssteuerung 3c vorgesehen, welche die Speichereingabe steuert und BetriebssignaleA data control section 3 contains a multiplexer control 3a, the selection signals for the input multiplexer -, plexer 2a generated, as well as a memory addressing device 36, the address signals for the memory section 4, where input signals are stored. An operational control 3c is also provided, which controls the memory input and operating signals
κι ® . ® ι ®ι ®, © und Derzeugt.κι ®. ® ι ®ι ®, © and Derzeugt.
Der Speicherabschnitt 4 enthält vier Speicherblöcke, nämlich Speicher-O, Speicher-1, Speicher-2 und Speicher-H.
Ein Datenmodifizierungsabschnitt 5 enthält RechnerThe memory section 4 contains four memory blocks, namely memory-O, memory-1, memory-2 and memory-H.
A data modification section 5 contains computers
ι-, 5a, Sb und 5c, welche über die Richtungssensoren erhaltene Eingangsdaten modifizieren.ι-, 5a, Sb and 5c, which modify input data received via the direction sensors.
Ein Positions- oder Lage-Berechnungsabschnitt 6 enthält Rechner 6a und 66, die die Sinus- und Cosinus-Funktionen berechnen, sowie Rechner 6c, 6d, 6e und 6f, die den Abstand R, bzw. die Winkelkoordinaten X, Kund Zberechnen.A position or attitude calculating section 6 contains computers 6a and 66 which calculate the sine and cosine functions, and computers 6c, 6d, 6e and 6f which calculate the distance R or the angular coordinates X, Kund Z.
Ein Höhen-Berechnungsabschnitt 7 wird dazu verwendet, die Positionen verschiedener Zielobjekte, die eine konstante Höhe aufweisen, zu erhalten. Der Abschnitt 7 enthält einen Rechner 7a, der eine Höhe ZH eines Zielobjekts unter Verwendung der Eingangsdaten sin α und sin β berechnet. Ein Rechner 76 berechnet einen Abstand RH (der äquivalent ist dem Abstand R) unter Verwendung der berechneten Daten ZH. An altitude computing section 7 is used to obtain the positions of various target objects having a constant altitude. The section 7 contains a computer 7a which calculates a height ZH of a target object using the input data sin α and sin β . A calculator 76 calculates a distance RH (which is equivalent to the distance R) using the calculated data ZH.
in Ein Anzeigeabschnitt 8 verstärkt die von der Operationssteuerung 3c kommenden Betriebssignale, um die Verarbeitungs- oder Prozeß-Betriebsarten 0, 1, 1.1, H, H.H und S. anzuzeigen.in a display section 8 amplifies the from Operation control 3c incoming operating signals to set the processing or process operating modes 0, 1, 1.1, H, H.H and S. to display.
Wie man aus F i g. 2 ersieht, enthält ein Richtungs-Be-As one can see from FIG. 2, contains a direction indicator
Vy rechnungsabschnitt 9 Rechner 9a und 96, welche die Sinusfunktion unter Verwendung der in dem Speicherabschnitt 4 gespeicherten Daten und der von dem Daten-Modifizierungsabschnitt 5 kommenden modifizierten Daten ermitteln. Vy calculation section 9 calculators 9a and 96 which determine the sine function using the data stored in the storage section 4 and the modified data coming from the data modification section 5.
Ein Richtungs-Diskriminatorabschnitt 10 enthält Multiplexer 10a und 106, die horizontale bzw. vertikale Grenzwerte auswählen. Sequenzzähler 10c und 10c/ erzeugen Auswahlsignale für die Multiplexer 10, und Vergleicher oder Komparatoren 1Oe und 10/ verglei-A direction discriminator section 10 includes multiplexers 10a and 106 which select horizontal and vertical limit values, respectively. Sequence counters 10c and 10c / generate selection signals for the multiplexers 10, and comparators or comparators 10e and 10 / compare
chen die von den Rechnern 9a und 96 kommenden Daten mit den horizontalen bzw. vertikalen Grenzwerten. the data coming from the computers 9a and 96 correspond to the horizontal and vertical limit values, respectively.
Ein Dekoderabschnitt 11 gibt 17 Signale entsprechend der durch das Hinschauen identifizierten Richtung ab.A decoder section 11 outputs 17 signals corresponding to the direction identified by looking.
Der Betrieb der bevorzugten optischen Visiereinrichtung soll nachstehend unter Bezugnahme der Impulsdiagramme (F i g. 3 bis 5) und der Flußdiagramme (F i g. 6 bis 12) in Verbindung mit den schematischen Schaltungsdiagrammen (F i g. 1 und 2) erläutert werden. The operation of the preferred optical sighting device is explained below with reference to the timing diagrams (FIGS. 3 to 5) and the flow charts (FIGS. 6 to 12) in connection with the schematic circuit diagrams (FIGS. 1 and 2) will.
Wenn nach Fig.3 ein Befehl fi in die Multiplexersteuerung 3a eingegeben wird, wird das System initialisiert, um einen Prozeß- oder Verarbeitungs-Zustand 0 einzunehmen, und es werden Multiplexer-If a command fi is entered into the multiplexer control 3a according to FIG. 3, the system will initialized to assume a process or processing state 0, and multiplexer Steuersignale, ® und © erzeugt (Sehe auch Fig. 1 und 6). Der Emgabemultiplexer 2» tastet die Eingangssignale sin θο, cos θο, sin Φο und cos Φο nacheinander ab und gibt eine Reihe von Analogsignalen ® ab. Das Signal ® wird in dem A/D-Wandler 2b in ein seriellesControl signals, ® and © generated (see also Figs. 1 and 6). The input multiplexer 2 » samples the input signals sin θο, cos θο, sin Φ ο and cos Φο one after the other and emits a series of analog signals ®. The signal ® is converted into a serial in the A / D converter 2b
es digitales Signal © umgewandeltit converted to digital signal ©
Entsprechend dem Befehl gj wird in der Operationssteuerung 3c ein Speicherauswahlsignal © erzeugt, so daß in dem Speicher-O der Speicherabschnitt 4In accordance with the command gj, a memory selection signal © is generated in the operation controller 3c, see above that in the memory-O the memory section 4
ausgewählt wird. Die Speicheradressiereinrichtung 3b erzeugt nacheinander aus den Signalen © und © Adreßsignale ©, © , © und $D , so daß das serielle digitale Signal © indemSpeicher-Oabgelegt wird.is selected. The memory addressing device 3b successively generates address signals ©, ©, © and $ D from the signals © and ©, so that the serial digital signal © is stored in the memory-O.
Wenn sämtliche Eingangsdaten (die in Form eines seriellen digitalen Signals vorgelegen haben) in individuellen Abschnitten des Speichers-0 abgespeichert sind, wird von der Operationssteuemng 3c ein Betriebs- oder Operationssignal ® abgegeben, und es findet die Berechnung zum Modifizieren der Eingangsdaten Θο entsprechend Gleichung (1) statt. Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm, welches den oben erläuterten Verarbeitungsvorgang im Prozeß-Modus O zeigt.When all the input data (which were present in the form of a serial digital signal) are stored in individual sections of the memory 0, the operation control 3c emits an operating or operation signal ®, and the calculation for modifying the input data Θο takes place according to equation ( 1) instead. Fig. 7 is a flow chart showing the processing procedure in the O process mode explained above.
Wie man aus F i g. 6 ersieht, nimmt die Steuerung den Zustand »Warten« ein, wenn der Prozeß O abgeschlossen ist. Wenn zum Berechnen der Lage eines Zielobjekts ein Komrnando QD abgegeben wird, geht der Prozeßmodus auf 1 über, und Eingangssignale sin θι, cos θι, sin Φι und cos Φι werden abgetastet und entsprechend wie im Prozeß 0 im Speicher-1 abgelegt, mit der Ausnahme, daß die Operationssteuerung 3c ein SignalAs one can see from FIG. 6, the controller assumes the "waiting" state when process O is complete. If a command QD is issued to calculate the position of a target object, the process mode changes to 1, and input signals sin θι, cos θι, sin Φι and cos Φι are scanned and stored in memory 1 as in process 0, with the exception that the operation controller 3c is a signal
© abgibt anstelle des Signals © im vorhergehenden Prozeßmodus. Im Rechner 5b werden im Anschluß an das von der Operationssteuerung 3c abgegebene Signal © die Daten von cos θι modifiziert. F i g. 8 zeigt ein Flußdiagramm, das den oben erläuterten Verarbeitungsvorgang im Prozeßmodus 1 verdeutlicht. © emits instead of the signal © in the previous process mode. In the computer 5b , following the signal © emitted by the operation control 3c, the data from cos θι are modified. F i g. 8 is a flowchart showing the processing procedure in process mode 1 explained above.
Sei noch einmal Fig.6 betrachtet Die Steuerung nimmt den Status »Warten« ein, wenn der Prozeß 1 abgeschlossen ist. Wird wiederum der Befehl [D abgegeben, so geht der Prozeßmodus über nach 1.1, und Eingangssignale sin Θ2, cos Θ2, sin Φ2 und cos Φ2 werden abgetastet und in der gleichen Weise wie im Fall des Prozeßmodus 1 im Speicher-2 abgespeichert, mit der Ausnahme, daß von der Operationssteuerung 3c ein Signal © abgegeben wird anstelle des Signals ® im vorangegangenen Prozeßmodus. Im Rechner 5c werden im Anschluß an das von der Operationssteuemng 3c abgegebene Betriebssignal ® die Daten des cos. Θ2 modifiziert.Consider Fig. 6 again. The controller assumes the "waiting" status when process 1 is completed. If the command [D is issued again, the process mode changes to 1.1, and input signals sin Θ2, cos Θ2, sin Φ2 and cos Φ2 are scanned and stored in memory 2 in the same way as in the case of process mode 1, with the except that is emitted from the operation control 3c a signal © ® instead of the signal in the previous process mode. In the computer 5c, following the operating signal ® emitted by the operation control 3c, the data of the cos. Θ2 modified.
Nach einer bestimmten Verzögerungszeit, in der die Daten für cos02 modifiziert werden, werden die Rechner 6a, 6b und 6c aktiviert, so daß die Funktionen sin (θι — θο), cos (θι — θο) und R in den Gleichungen (2) und (3) ermittelt werden. Nach einer weiteren Verzögerungszeit werden*die Rechner 6d, 6e und 6/ aktiviert, so daß die Gleichungen (2) berechnet werden. Die berechneten Werte X, Y und Z werden an das externe Steuersystem für den künstlichen Arm gegeben, um den Arm auf das Zielobjekt zu richten. F i g. 9 zeigt ein Flußdiagramm, welches den oben erläuterten Verarbeitungsvorgang im Prozeßmodus Q) verdeutlicht After a certain delay time in which the data for cos02 are modified, the computers 6a, 6b and 6c are activated so that the functions sin (θι - θο), cos (θι - θο) and R in equations (2) and (3) can be determined. After a further delay time, the computers 6d, 6e and 6 / are activated so that equations (2) are calculated. The calculated values of X, Y and Z are given to the external control system for the artificial arm to aim the arm at the target object. F i g. 9 is a flowchart showing the processing procedure in process mode Q) explained above
Wenn (siehe Fig.6) im Anschluß an den Prozeß 11 der Befehl © gegeben wird, um eine Höhe ZH des Zielobjekts unter Verwendung der Daten zu berechnen, geht der Prozeßmodus nach H Ober, es werden Speicherauswahl- und Adreßsignale φ, φ und φ erzeugt, und Eingangssignale sin <x und sin/} werden abgetastet und dem Speicher-H gespeichert Wenn die Daten gespeichert sind, wird das Signal ® abgegeben, um den Rechner 7a zu aktivieren, damit die Gleichung (3) berechnet wird. Fi g. 10 zeigt ein Flußdiagramm, das den oben erläuterten Verarbeitungsvorgang im Prozeßmodus //verdeutlicht If (see FIG. 6) the command is given following the process 11 in order to calculate a height ZH of the target object using the data, the process mode goes to H Ober, memory selection and address signals φ, φ and φ become is generated, and input signals sin <x and sin /} are sampled and stored in the memory-H. When the data is stored, the signal ® is issued to activate the calculator 7a so that equation (3) is calculated. Fi g. Fig. 10 is a flowchart showing the above-mentioned processing procedure in the // process mode
Betrachtet man wiederum F i g. 6, so sieht man, daß die Steuerung in den Zustand »Warten« übergeht, wenn
der Prozeß H abgeschlossen ist. Wird wiederum der Befehl Q±] ausgegeben, so geht der Preozeßmodus über
nach H.H, und Eingangssignale sin 0|, cos θι, sin Φι und
cos Φι werden abgetastet und im Speicher-1 abgespeichert.
Dann wird das Betriebssignal © abgegeben, um die Daten cos θι zu modifizieren.
Nach einer gewissen Verzögerungszeit werden dieIf one looks again at FIG. 6, you can see that the control goes into the "waiting" state when process H is completed. If the command Q ±] is output again, the process mode changes to HH, and input signals sin 0 |, cos θι, sin Φι and cos Φι are scanned and stored in memory-1. The operating signal © is then emitted in order to modify the data cos θι.
After a certain delay, the
κι Rechner 6a, 6b und Tb aktiviert, so daß die Funktionen sin (0, -0o), cos (0, -0o)und RH{ = ZH/sm Φ,)berechnet werden. Nach einer weiteren Zeitverzögerung werden die Rechner 6d und 6e aktiviert, so daß die Gleichungen (2) für X und Y berechnet werden, wobei i diesmal RH als R verwendet wird. Dann werden die Werte ^Y und Y zusammen mit einer konstanten Höhe ZH an das externe Steuersystem für den künstlichen Arm abzugeben, um den Arm auf das Zielobjekt zu richten. F i g. 11 zeigt den oben geschilderten Vorgang im Prozeßmodus H.H in Form eines Flußdiagramms.κι calculator 6a, 6b and Tb activated so that the functions sin (0, -0o), cos (0, -0o) and RH {= ZH / sm Φ,) are calculated. After a further time delay, computers 6d and 6e are activated so that equations (2) are calculated for X and Y , with i using RH as R this time. Then the values ^ Y and Y together with a constant height ZH are sent to the external control system for the artificial arm in order to direct the arm towards the target object. F i g. 11 shows the above-described process in process mode HH in the form of a flow chart.
Wird schließlich das Kommando \s\ gegeben, so werden Eingangssignale sin θι, cos θι, sin Φι und cos Φι abgetastet und in der oben erläuterten Weise im Speicher-1 gespeichert. Das Betriebs- oder Operationssignal © wird ausgegeben, um die Daten θι zu modifizieren, und nach einer gewissen Verzögerungszeit werden die Rechner 9a und 9b durch das Signal © modifiziert, so daß die Funktionen sin (θι — θο) und sin (Φ1-Φ0) ermittelt werden. Nach einer weiteren Zeitverzögerung im Anschluß an das Signal © wird ein Signal ® erzeugt, und die Sequenzzähler 10c und 1Od werden gestartet.If the command \ s \ is finally given, input signals sin θι, cos θι, sin Φι and cos Φι are sampled and stored in memory-1 in the manner explained above. The operating or operational signal © is output in order to modify the data θι, and after a certain delay time the computers 9a and 9b are modified by the signal © so that the functions sin (θι - θο) and sin (Φ1-Φ0) be determined. After a further time delay following the signal ©, a signal ® is generated and the sequence counters 10c and 10d are started.
Grenzwerte für Zielflächenabschnitte auf einem Zielmuster werden als sin(-25°), sin(-10°), SIn(IO")Limit values for target area sections on a target pattern are given as sin (-25 °), sin (-10 °), SIn (IO ")
J5 und sin(25°) für jeden horizontalen und vertikalen Sehwinkel geliefert. Diese Werte werden nacheinander in den Multiplexern 10a und 10£>, die durch die Sequenzzähler 10c bzw. tOd gesteuert werden, ausgewählt. J5 and sin (25 °) are supplied for each horizontal and vertical viewing angle. These values are selected one after the other in the multiplexers 10a and 10 £>, which are controlled by the sequence counters 10c and tOd.
Die von den Rechnern 9a und 9b kommenden Daten für die Sehwinkel werden nacheinander, beginnend bei sin( —25°), mit jedem Grenzwert in den Komparatoren 1Oe und 10/ verglichen. Wenn sich ergibt, daß die Eingangsdaten kleiner sind als ein Grenzwert, so wird der entsprechende Sequenzzähler angehalten. Werden beide Sequenzzähler angehalten, so werden die Inhalte der Sequenzzähler in dem Dekoderabschnitt 11 in 17 Ausgangssignale dekodiert, und von diesen werden die Ausgangssignale »0« bis »9«, »A« bis »F« und »BASIS« an eine entsprechende Fotodiode in der in Fig. 15 dargestellten Anzeigeeinheit gesendet, um den anvisierten oder angeschauten Zielbereich zu bestätigen.The data for the viewing angles coming from the computers 9a and 9b are compared one after the other, starting at sin (-25 °), with each limit value in the comparators 10e and 10 /. If the input data is found to be less than a limit value, the corresponding sequence counter is stopped. If both sequence counters are stopped, the contents of the sequence counters in the decoder section 11 are decoded into 17 output signals, and from these the output signals "0" to "9", "A" to "F" and "BASIS" are sent to a corresponding photodiode in is sent to the display unit shown in Fig. 15 to confirm the targeted or viewed target area.
Wird ein richtiges Anvisieren bestätigt, so wird wiederum der Befehl m gegeben, und das Ausgangssi gnal wird an das externe Steuersystem gegeben, um für Kommandozwecke verwendet zu werden. If correct sighting is confirmed, the command m is given again, and the output signal is given to the external control system in order to be used for command purposes.
Fig. 12 zeigt ein Flußdiagramm, welches die oben erläuterten, im Prozeßmodus 5 stattfindenden Vorgänge verdeutlichtFig. 12 shows a flow chart showing the above explained processes taking place in process mode 5
Obschon im oben erläuterten Ausführungsbeispiel das erfindungsgemäße System in Kombination mit dem Mechanismus eines künstlichen Arms erläutert wurde, ist selbstverständlich eine Anwendung bei anderen künstlichen Gliedern möglich.Although in the embodiment explained above, the system according to the invention in combination with the The mechanism of an artificial arm has been explained, of course, has application to others artificial limbs possible.
Hierzu 12 Blatt ZeichnungenIn addition 12 sheets of drawings
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
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DE2906950C3 DE2906950C3 (en) | 1982-04-15 |
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ID=14483244
Family Applications (1)
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DE2906950A1 (en) | 1980-03-06 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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