ES2588254T3 - Dispositivo y procedimiento para el funcionamiento de un simulador de vuelo con una impresión especial de realidad - Google Patents

Dispositivo y procedimiento para el funcionamiento de un simulador de vuelo con una impresión especial de realidad Download PDF

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Abstract

Dispositivo para el funcionamiento de un simulador con impresión especial de realidad para el aprendizaje del dominio de un vehículo que se mueve en la realidad tridimensional, en particular de una aeronave, con una cabina de vehículo (4) que reproduce el vehículo a simular con elementos de mando reales, con un robot industrial de 6 ejes (1), que está conectado, por una parte, con la cabina del vehículo (4) y con una instalación (5) para movimiento longitudinal de traslación, caracterizado por que presenta las siguientes características: a) el robot industrial de 6 ejes (1) está conectado con el suelo, por una parte, sobre una instalación (6) para movimiento transversal de traslación, que está montada desplazable sobre la instalación (5) para movimiento longitudinal de traslación en ángulo recto, b) para la transmisión de una vista exterior simulada sirve una pantalla, que reproduce los contornos de la cabina del vehículo (4) sobre la base de tecnología OLED, c) para la simulación de situaciones de peligro que existen en la práctica están previstas instalaciones controlables para la generación de humo artificial (12), para la generación de movimientos vibratorios, para la generación de sonido y para la generación de fenómenos luminosos (14) en la cabina del vehículo (4), d) para la detección de reacciones humanas de tensión están previstas instalaciones controlables en la cabina del vehículo (4) para la detección de la resistencia de la piel (10) y para la detección de movimientos de personas y de la fisionomía (16) e) un sensor (17) para la detección de los movimientos reales de la cabina del vehículo (4), f) una instalación para el mando y control externos del simulador, que registra también las reacciones de un alumno de vuelo'

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo y procedimiento para el funcionamiento de un simulador de vuelo con una impresion especial de realidad
La invencion se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para el funcionamiento de un simulador de vuelo con impresion especial de realidad.
En el documento DE 10 2008 023 955 B4 se describe un procedimiento para la simulacion de eventos y ciclos de aeronaves, vehnculos terrestres y vehnculos acuaticos y un sistema de simulacion, con el que se controla una instalacion de simulacion en tiempo real, aunque los datos necesarios para el control solamente son preparados por un programa de simulacion no en tiempo real, en el que debe compensarse un tiempo de latencia provocado a traves de un gestor de datos.
Como tiempo real se entiende en este caso el tiempo que necesitan realmente los ciclos en el mundo real. El concepto de tiempo real no significa una velocidad determinada o capacidad de procesamiento del programa o del control, sino que establece solo el marco de tiempo, dentro del cual el sistema debe reaccionar. El concepto de tiempo de latencia significa un periodo de tiempo entre una accion y la entrada de la reaccion previsible, es decir, un tiempo de demora.
En esta publicacion de patente se pone esencialmente bajo proteccion que en el caso de la entrada no en tiempo real de datos, el hueco de datos resultante se sustituye por datos de valores experimentales o datos de programas de simulacion precedentes, y estos datos son enviados entonces al control del movimiento de la instalacion de simulacion en tiempo real. Aqrn no se pueden obtener indicaciones para a mejora concreta de la configuracion mecanica de un simulador de vuelo.
El documento DE 600 20 466 12 describe un llamado robot paralelo con cuatro grados de libertad, que debe desplazar una placa movil con cuatro grados de libertad a alta velocidad y una aceleracion alta, y que debe posicionar la placa movil con alta rigidez y exactitud. Como robot paralelo se designa en este caso un robot, en el que una pluralidad de actuadores estan dispuestos en paralelo, pudiendo aplicarse tal robot, por ejemplo, en un simulador de marcha para un vehnculo a motor.
En esta publicacion se mencionan en el estado de la tecnica robots paralelos con seis grados de libertad, que se utilizan, por ejemplo, en simuladores de vuelo, como se publican en los documentos US 5 333 514 y US 5 715 729.
En el documento DE 600 20 466 T2 se describe un robot paralelo, que esta constituido esencialmente por una disposicion especial de un varillaje paralelo, una plataforma movil, piezas de acoplamiento y elementos cinematicas. En este caso no se menciona una aplicacion especial de tal robot en un simulador de vuelo.
Se conoce a partir de WO 96 / 26 512 A (traduccion de la publicacion de patente europea correspondiente bajo DE 696 23410 T2) un simulador de vuelo mejorado, que debe simular con mayor exactitud el movimiento real, que un piloto experimenta durante la maniobra de un avion.
En este caso se parte de un simulador de movimiento con una instalacion de apoyo y un larguero de movimiento de cabeceo con un eje de movimiento de cabeceo, en el que el larguero de movimiento de cabeceo esta conectado de forma giratoria con la instalacion de apoyo, y en el que el simulador de movimiento comprende lo siguiente: un larguero de movimiento de balanceo con un eje de movimiento de balanceo, que esta perpendicular al eje de movimiento de cabeceo y esta conectado con el larguero de movimiento de cabeceo, y una cabina de usuario con un centro de gravedad, en la que la cabina de usuario es retenida por el larguero de movimiento de balanceo de tal manera que el centro de gravedad de la cabina de usuario esta separado del eje de movimiento de cabeceo. En este simulador se ha puesto bajo proteccion que el larguero de movimiento de balanceo esta conectado de forma giratoria con el larguero de movimiento de cabeceo de tal manera que el larguero de movimiento de balanceo se puede girar en un plano perpendicular al eje de movimiento de cabeceo totalmente alrededor del larguero de movimiento de cabeceo. Aparte de que esta caractenstica solamente contiene indicaciones que se refieren a una accion a conseguir, sin una indicacion sobre la realizacion concreta, el simulador de vuelo descrito aqrn parece digno de mejora.
Por la publicacion anonima: “Heli Trainer sets new standards in pilot training”, Internet Citation, 19 Mayo 2010, paginas 1 a 3 se conoce un dispositivo, que emplea para la simulacion de un helicoptero un robot de 6 ejes y esta dispuesto desplazable en direccion longitudinal sobre un carril.
Ademas, se conoce a partir de la publicacion WO 2009/089561 A2 un simulador para la simulacion de vuelo, en el que el movimiento se realiza por medio de un robot industrial de seis ejes con cinematica en serie.
Por lo demas, se conoce equipar un robot industrial de 6 ejes con un eje lineal adicional (Anonimo: “Linear units for horizontal robot traverse”, 15.05.2008).
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La publicacion US 2001/ 041 326 A1 muestra un simulador, con el que se pueden realizar maniobras por ejemplo, un movimiento de guinada, balanceo, inmersion de la cabina. Esto se consigue por medio de dos ejes lineales dispuestos superpuestos transversales, sobre los que esta dispuesto un cilindro en direccion vertical. El cilindro es regulable en la altura y es giratorio alrededor del eje vertical. En el extremo libre del cilindro esta previsto un dispositivo con dos palancas basculantes, que posibilitan un basculamiento del dispositivo a lo largo del eje-x y/o del eje-y.
La publicacion Fr2 677 155 A1 muestra un simulador automatico con una plataforma que, se puede moer en direccion horizontal, asf como para el reajuste de movimientos de balanceo y de cabeceo.
Ademas, a partir de la publicacion WO 2005/119 625 A1 se conoce un simulador, en el que una cabina esta alojada por medio de varios elementos de retencion conectados giratorios de tal manera que es posible una rotacion de la cabina alrededor de 360° en todos los tres ejes del espacio.
Por lo tanto, el dispositivo de acuerdo con la invencion o bien el procedimiento correspondiente tienen el cometido de presentan un dispositivo y un procedimiento, con los que se puede conseguir el funcionamiento de un simulador con impresion de realidad especial para el aprendizaje del control de un avion que se mueve en la realidad tridimensional, en particular de una aeronave. Ademas, debe existir la posibilidad para el instructor que acompana el proceso de aprendizaje de poder supervisar los avances de aprendizaje y el grado de carga de su alumno.
Este cometido se soluciona con respecto al procedimiento con las caractensticas de la reivindicacion 1 y con respecto al procedimiento con las caractensticas de la reivindicacion 6.
Otras configuraciones de la invencion se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes.
El dispositivo de acuerdo con la invencion se describe en detalle a continuacion.
En este caso, en particular:
La figura 1 muestra una vista lateral de un simulador segun la invencion.
La figura 2 muestra una vista lateral de las relaciones de la proyeccion.
La figura 3 muestra una representacion de las instalaciones de simulacion adicionales realizadas y sistemas para la deteccion de las reacciones humanas.
Una idea basica de la presente invencion consiste en simular, por una parte, por medio de un robot de 6 ejes desplazable bidimensional especial las relaciones en una cabina de vehnculo, especialmente de una aeronave, tal como aparecen realmente en la realidad. Por otra parte, debe ofrecerse al alumno, por medio de una representacion realista del entorno previsible en el funcionamiento una simulacion real de las dificultades previsibles.
El instructor debe obtener de nuevo, por medio de datos, que representan el estado corporal del alumno, cada instante una impresion realista sobre la carga ffsica y psfquica y/o la capacidad de carga de un alumno.
La vista lateral mostrada en la figura 1 de un simulador segun la invencion permite reconocer las novedades principales del concepto segun la invencion. Un robot de 6 ejes 1 esta conectado en este caso, por una parte, directamente a traves de una placa de adaptacion 3 con una cabina de vetnculo 4, con la entrada 2 y, por otra parte fijamente con una instalacion 6 para movimiento transversal de traslacion. Los movimientos transversales posibles con esta instalacion 6 estan identificados por medio de los sfmbolos de flecha habituales. Los movimientos de marcha de una instalacion 5 para movimiento longitudinal de traslacion, sobre la que esta instalada la instalacion 6 se representan por medio de la doble flecha mostrada. Esta combinacion de las instalaciones 6 y 5 posibilita movimientos acelerados de la cabina del vehnculo 4 al mismo tiempo en direccion longitudinal y en direccion transversal independientemente de los movimientos del robot 1. La direccion longitudinal esta definida en este caso por la alineacion longitudinal del avion, es decir, de la cabina del avion 4.
Puesto que en la simulacion de las relaciones en una aeronave, como por ejemplo una maquina de pasajeros, son previsibles los maximos requerimientos en el simulador, se considera este caso a continuacion en detalle.
El centro de gravedad de una maquina de pasajeros o de cualquier otra aeronave con superficies de sustentacion, esta aproximadamente en la zona del centro de estas superficies de sustentacion. El centro de gravedad es el punto en el que se puede pensar que se une todo el peso de tal aeronave y alrededor del cual puede girar en cierto modo toda la maquina. El asiento del piloto se encuentra, sin embargo, en general, alejado del centro de gravedad de la maquina, desplazado una vez hacia delante en la direccion del vuelo y vuelta hacia arriba con relacion al centro de gravedad de la maquina. Esto significa, por ejemplo, durante el arranque de una maquina, que el piloto no solo acompana al movimiento normal del centro de gravedad de su maquina, sino que, ademas, experimenta todavfa un momento de torsion adicional, que resulta esencialmente a partir de la distancia de su asiento de piloto con respecto
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al centro de gravedad de la maquina.
En el ejemplo de la figura 1, esto corresponde aproximadamente a la distancia desde el centro de la instalacion 5 para un movimiento longitudinal de traslacion con relacion al asiento 4 en la cabina del vehnculo del simulador de vuelo. Para la simulacion de un proceso de despegue es posible, por lo tanto, con el simulador segun la invencion desplazar la cabina del vehnculo 4 por medio de la instalacion 5 para movimiento longitudinal de traslacion en la direccion longitudinal. El robot 1 de 6 ejes realiza en este caso el movimiento de carrera y el movimiento de articulacion combinados normales de un avion arrancado. Con esta finalidad, la instalacion 5 se puede mover en traslacion con aceleracion natural. Puesto que la instalacion 6 esta instalada desplazable para movimiento transversal de traslacion sobre la instalacion 5 para movimiento longitudinal de traslacion, son posibles individualmente y en comun movimientos acelerados combinados de ambas instalaciones.
Para el empleo de la instalacion 6 para movimiento transversal de traslacion se remite al ejemplo siguiente.
Si en este caso de un proceso de despegue normal debe simularse todavfa que el avion es afectado durante un proceso de despegue por un cambo repentino de la direccion del viento, de una forma peligrosa de cambio repentino de la direccion del viento, esto puede ser simulado de manera proxima a la realidad por medio del empleo adicional de la instalacion 6 para movimiento transversal de traslacion. En este caso, es evidente que tal simulacion por medio de las instalaciones 5 y 6 para movimiento longitudinal y transversal de traslacion solamente se puede realizar cuando la calzada esta disenada para la instalacion respectiva. Sin embargo, en la practica la calzada de la instalacion 5 para movimiento longitudinal de translacion estara disenada mas larga que la de la instalacion 6 para movimiento transversal de traslacion. Esto corresponde a los requerimientos reales, en tanto que el cambio repentino de la direccion del viento la mayona de las veces es de corta duracion a parece en forma de rafagas.
Precisamente la aparicion imprevista de cambio repentino de la direccion del viento durante el despegue y el aterrizaje de aviones conduce facilmente a accidentes y debe simularse proximo a la realidad por medio del simulador segun la invencion.
En la figura 2 se representa esquematicamente una vista lateral de las relaciones de la proyeccion de la vista exterior simulada en la cabina del vehnculo.
Con el signo de referencia 15 se representa aqrn una vistas-OLED posible, que se puede adaptar como pantalla flexible a los contornos de la cabina de vehnculo 4 respectiva. OLED representa aqrn "diodo organico emisor de luz" y designa un componente luminoso muy fluido de materiales semiconductores organicos, que se diferencia de los diodos luminosos inorganicos por que, por una parte, la densidad de la corriente y la densidad de la luz son mas reducidas y, por otra parte, no son necesarios materiales monocristalinos. La tecnologfa OLED es adecuada prioritariamente para representaciones y pantallas. Otro campo de aplicacion es la iluminacion de grandes superficies del espacio.
Una posibilidad alternativa para la representacion de la vista exterior simulada consiste en que esta vista exterior se proyecta por medio de proyectores sobre superficies de proyeccion, que se encuentran fuera de la cabina del vehnculo 4.
Ver a este respecto:
http://en.wikipedia.org/wiki/Cave Automatic Virtual Environment.
En la vista lateral mostrada se pueden reconocer en este caso la superficie de proyeccion 9 de la porcion frontal, la superficie de proyeccion 8 de la porcion del lado derecho y la superficie de proyeccion 7 de la porcion de cubierta. Estas superficies de proyeccion pueden estar unidas con la cabina del vetnculo 4 o se pueden instalar en el espacio de simulacion. En el ultimo caso, estas superficies de proyeccion deben aparecer, naturalmente, correspondientemente grandes en las dimensiones espaciales.
Existen procedimientos adecuados a tal fin, que posibilitan una representacion de una escena con caracter de profundidad sobre superficies de proyeccion rectas que se unen entre sf con cantos de union que se extienden lineales, de manera que estos cantos de union que se extienden lineales se pueden hacer invisibles para la representacion de una imagen completa con gasto de calculo relativamente reducido. Esta ocultacion se realiza por medio de "eliminacion" tecnica por ordenador de los cantos de union definidos con relativa exactitud de las superficies de proyeccion utilizadas.
Para el empleo del simulador de vuelo segun la invencion para la instruccion de pilotos de helicopteros puede estar prevista en una configuracion especial todavfa otra superficie de proyeccion, que representa la zona del fon do. En este caso, la cabina del vehnculo 4 esta equipada con una placa de fondo transparente adicional.
La figura 3 muestra una representacion de las instalaciones de simulacion adicionales realizadas y sistemas para la deteccion de las reacciones humanas. Con la finalidad de la simulacion de un fuego declarado a bordo esta previsto un generador central de humo 12 con una distribucion controlable del humo 11. Con esta instalacion, el usuario de la instalacion de simulacion tiene la posibilidad de generar en determinados lugares, importantes para el empleo
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practico, de la cabina del vehnculo 4 un desarrollo de humo de tipo e intensidad definidos.
Adicionalmente, en una forma especial de la configuracion es posible exponer toda la cabina del vehnculo 4 a movimientos de vibracion de una manera definida y habitual en la practica diaria, como son provocados, por ejemplo, a traves de un dano inminente del grupo motopopulsor. Para poder simular tales casos de danos producidos de una manera todavfa mas realista, se ofrecen al alumno de vuelo en esta forma de realizacion todavfa musicas de fondo acusticas adicionales por medio de un sistema de altavoces costoso. Por razones de claridad no se representan extra las instalaciones correspondientes. La instalacion 14 para la iluminacion de la cabina se puede modificar directamente de forma controlada o programada de acuerdo con las realidades simuladas con respecto al color y la intensidad (luz intermitente).
Con la instalacion de detector 16 para la deteccion de un movimiento de personas y/o para la deteccion de la fisionoirna se pueden detectar y/o registrar las reacciones de un alumno de vuelo para una evaluacion posterior de las reacciones humanas (cntica de las maniobras).
Para una finalidad comparativa sirve una instalacion de medicion 10 para la medicion de la resistencia de la piel de un alumno de vuelo. De la manera mas sencilla se puede medir la resistencia de la piel en la zona de la palanca de mando o en otra unidad de control. Tambien la superficie de un conmutador de emergencia eventualmente existente es adecuado para esta finalidad.
Para la deteccion de los movimientos realizados realmente de la cabina del vehnculo 4 sirve el sensor 17. Las senales de salida del sensor 17 sirven para el registro de todo el desarrollo de una unidad de entrenamiento del programa de simulacion ejecutado en cada caso.
Por medio del sistema de modulo 13 se puede adaptar rapidamente el campo de mando utilizado al tipo de avion o al tipo de vehnculo simulado en cada caso a traves de unidades de insercion facilmente sustituibles.
Esta claro que el simulador de vuelo segun la invencion es adecuado tambien para el empleo en proyectos militares, puesto que precisamente en este caso para la preparacion para aplicaciones peligrosas interesa un potencial considerable de experiencia de un piloto de combate. Tal potencial de experiencia se puede entrenar de manera economica con un simulador de vuelo con impresion especial de realidad sin el empleo de vidas humanas.
El control de los procesos complejos de movimiento y el procesamiento de las senales de los sensores utilizados requiere un programa de control especial.
Lista de signos de referencia
1 Robot de 6 ejes
2 Entrada
3 Placa de adaptacion
4 Cabina de vehnculo, cabina de avion
5 Instalacion para el movimiento longitudinal de traslacion
6 Instalacion para el movimiento transversal de traslacion
7 Porcion de la superficie de proyeccion de la cubierta
8 Porcion de la superficie de proyeccion del lado derecho
9 Superficie de proyeccion de la porcion frontal
10 Instalacion de medicion para la medicion de la resistencia de la piel
11 Distribucion del humo
12 Generador de humo
13 Sistema de modulos para el cambio del campo de mando
14 Instalacion para la iluminacion de la cabina
15 Pantalla OLED
16 Instalacion de deteccion para la deteccion de un movimiento de personas y/o para la deteccion de la fisionomfa.
17 Sensor para la deteccion del movimiento de la cabina

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Dispositivo para el funcionamiento de un simulador con impresion especial de realidad para el aprendizaje del dominio de un vetnculo que se mueve en la realidad tridimensional, en particular de una aeronave, con una cabina de vetnculo (4) que reproduce el vetnculo a simular con elementos de mando reales, con un robot industrial de 6 ejes (1), que esta conectado, por una parte, con la cabina del vetnculo (4) y con una instalacion (5) para movimiento longitudinal de traslacion, caracterizado por que presenta las siguientes caractensticas:
    a) el robot industrial de 6 ejes (1) esta conectado con el suelo, por una parte, sobre una instalacion (6) para movimiento transversal de traslacion, que esta montada desplazable sobre la instalacion (5) para movimiento longitudinal de traslacion en angulo recto,
    b) para la transmision de una vista exterior simulada sirve una pantalla, que reproduce los contornos de la cabina del vehfculo (4) sobre la base de tecnologfa OLED,
    c) para la simulacion de situaciones de peligro que existen en la practica estan previstas instalaciones controlables para la generacion de humo artificial (12), para la generacion de movimientos vibratorios, para la generacion de sonido y para la generacion de fenomenos luminosos (14) en la cabina del vetnculo (4),
    d) para la deteccion de reacciones humanas de tension estan previstas instalaciones controlables en la cabina del vetnculo (4) para la deteccion de la resistencia de la piel (10) y para la deteccion de movimientos de personas y de la fisionoirna (16)
    e) un sensor (17) para la deteccion de los movimientos reales de la cabina del vetnculo (4),
    f) una instalacion para el mando y control externos del simulador, que registra tambien las reacciones de un alumno de vuelo'
  2. 2. - Dispositivo para el funcionamiento de un simulador segun la reivindicacion 1, caracterizado por que para la determinacion de una vista exterior simulada en lugar de la tecnologfa-OLED segun la caractenstica b) se utiliza una representacion, que se proyecta por medio de proyectores sobre superficies de proyeccion, que se encuentran fuera de la cabina del vetnculo (4).
  3. 3. - Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que por medio de un sistema de modulos (13) se puede adaptar rapidamente el campo de mando utilizado de la cabina del vetnculo (4) al tipo de vetnculo simulado, respectivamente, facilmente sustituible.
  4. 4. - Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que para la instruccion, en particular de pilotos de tielicopteros, esta prevista todavfa otra superficie de proyeccion, que reproduce la zona del suelo, y por que la cabina del vetnculo (4) esta equipada con una placa de fondo transparente.
  5. 5. - Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que para la instruccion en el campo militar para la simulacion de situaciones de peligro que existen en la practica estan previstos parametros relevantes en la tecnica militar de tipo acustico, optico y mecanico en el programa de entrenamiento.
  6. 6. - Procedimiento para el funcionamiento de un simulador con impresion especial de realidad para el aprendizaje del dominio de un vetfculo que se mueve en la realidad tridimensional, en particular de una aeronave, en el que el procedimiento presenta las siguientes caractensticas: una cabina de vetnculo (4) que imita el vetnculo a simular con elementos de mando reales se puede mover por medio de un robot industrial de 6 ejes (1), que es desplazable en el suelo por medio de una instalacion (5) en movimiento longitudinal de traslacion, por medio de una unidad de mando externa, caracterizado por que
    a) el robot industrial de 6 ejes es desplazable en el suelo por medio de una instalacion (6), que esta montada desplazable sobre la instalacion (5) en angulo recto, tambien en movimiento transversal de traslacion,
    b) se transmite al alumno de vuelo una vista exterior simulada por medio de una pantalla en tecnologfa-OLED en lugar de la cabina de avion normalmente transparente,
    c) para la simulacion de situaciones de peligro que existen en la practica estan previstas instalaciones controlables para la generacion de tiumo artificial (12), para la generacion de movimientos de vibracion, para la generacion de sonido y para la generacion de fenomenos luminosos (14) en la cabina del vetnculo (4),
    d) estan previstas instalaciones controlables para la deteccion de reacciones de tension tiumana en la cabina del vetnculo (4) para la deteccion de la resistencia de la piel (10) y para la deteccion de movimientos de personas y de la fisionomfa (16), y
    e) por medio de un sistema de modulos (13) se puede adaptar rapidamente el campo de mando utilizado al tipo de
    vehnculo simulado, respectivamente.
  7. 7.- Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que para la transmision de una vista exterior simulada en lugar de la tecnologfa-OLED segun la caractenstica b) se utiliza una representacion, que se proyecta por medio de proyectores sobre superficies de proyeccion, que se encuentran fuera de la cabina del vehuculo (4).
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