Способ и устройство для эксплуатации полетного тренажера с созданием особого ощущения реальности

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОЛЕТНОГО ТРЕНАЖЕРА С СОЗДАНИЕМ ОСОБОГО ОЩУЩЕНИЯ РЕАЛЬНОСТИ Устройство и способ эксплуатации тренажера с созданием особого ощущения реальности,предназначенного для обучения владению летательным аппаратом, отличаются тем, что они имеют следующие признаки: а) кабина (4) транспортного средства, смоделированная для имитируемого транспортного средства, соединена с землей, с одной стороны, при помощи шестиосного промышленного робота (1), а с другой стороны, при помощи устройства (6),установленного на устройстве (5) для линейного продольного движения с возможностью передвигаться под прямым углом, б) для передачи имитируемого внешнего вида служит дисплей на основе технологии органических светодиодов, в) для имитации случающихся на практике опасных ситуаций предусмотрены установки для искусственной генерации дыма (12),вибрационных движений, генерации звука и световых эффектов (14), г) для регистрации реакций человека на стресс предусмотрены установки для регистрации движений человека, д) предусмотрен датчик (17) для регистрации фактических движений кабины транспортного средства, е) предусмотрена установка для эксплуатации и управления тренажером.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ГРЕНЦБАХ МАШИНЕНБАУ ГМБХ (DE) Изобретение относится к способу и устройству для эксплуатации полетного тренажера с созданием особого ощущения реальности. В DE 102008023955 В 4 описаны способ имитации событий и процессов воздушных, сухопутных и водных транспортных средств и имитационная система. В основе этого изобретения лежит задача управлять имитационным устройством в реальном времени, хотя данные, требующиеся для управления, подготавливаются имитационной программой, работающей не в реальном времени, причем должно компенсироваться время ожидания, обусловленное устройством управления данными. При этом под реальным временем понимается время, которое фактически требуется для процессов в реальном мире. Понятие "реальное время" не подразумевает определенную скорость или производительность обработки программы или системы управления, а лишь устанавливает временные рамки, в пределах которых должна реагировать система. Понятие "время ожидания" означает промежуток времени между действием и наступлением ожидаемой реакции, то есть время задержки. В этом патенте, по существу, заявлено то, что при несвоевременном поступлении данных образующийся пробел в данных заменяют эмпирическими данными или данными из предшествующих имитационных программ, а затем эти данные посылают в систему управления движением имитационного устройства, работающего в реальном времени [0046]. О конкретном улучшении механического выполнения полетного тренажера здесь не сказано. В DE 60020466 Т 2 описан так называемый параллельный робот с четырьмя степенями свободы, который решает задачу перемещения подвижной плиты с четырьмя степенями свободы с высокими скоростью и ускорением, и ее точного и надежного позиционирования. Параллельным роботом назван робот, в котором параллельно расположено множество исполнительных органов. Такой робот применим, например, в автотренажере для механического транспортного средства. В этом документе упомянуты известные параллельные роботы с шестью степенями свободы, которые применяют, например, в полетных тренажерах, описанных в US 5333514 и US 5715729. Для решения задачи, поставленной в DE 60020466 Т 2,описан параллельный робот, имеющий, по существу, специфическую конструкцию, включающую в себя параллельную систему рычагов (3), подвижную платформу (4), соединительные элементы (42) и кинематические элементы (33). Об особом применении такого робота в полетном тренажере не сказано. Из WO 96/26512 А (перевод соответствующего европейского патента DE 69623410 Т 2) известен усовершенствованный полетный тренажер, который решает задачу более точной имитации реального движения, ощущаемого пилотом при маневрировании летательного аппарата. За основу взят имитатор движения, содержащий опорное устройство (102) и балку (114) тангажа с осью тангажа, соединенную с возможностью поворота с опорным устройством, балку (134) крена с осью крена, которая расположена перпендикулярно к оси тангажа и соединена с возможностью поворота с балкой (114) тангажа, и кабину(160) обучаемого, которая удерживается балкой крена таким образом, что центр тяжести этой кабины не находится на оси тангажа. Для решения указанной выше задачи в этом полетном тренажере балка (134) крена соединена с возможностью поворота с балкой (114) тангажа таким образом, что балка (134) крена может полностью поворачиваться вокруг балки (114) тангажа в плоскости, перпендикулярной к оси тангажа. Хотя указано,что этот признак обеспечивает достижение технического результата, без приведения сведений о конкретном выполнении, представляется, что описанный в данном документе полетный тренажер может быть улучшен. Поэтому в основе изобретения лежит задача создать устройство и способ, которые позволяют эксплуатировать тренажер с созданием особого ощущения реальности, с целью обучения владению движущимся в пространстве транспортными средством, в частности летательным аппаратом. Кроме того, для инструктора, сопровождающего процесс обучения, должна существовать возможность объективного контроля прогресса в обучении и степени нагрузки на обучаемого. Эта задача решена в устройстве по п.1 и способе по п.6 формулы изобретения. Устройство согласно изобретению подробно описано ниже со ссылками на чертежи, на которых фиг. 1 изображает вид сбоку тренажера согласно изобретению,фиг. 2 - вид сбоку проекционного окружения,фиг. 3 - дополнительные имитационные устройства и система регистрации реакций человека. Основная идея настоящего изобретения состоит в том, чтобы с одной стороны, при помощи специального шестиосного робота, выполненного с возможностью двухмерного перемещения, имитировать условия в кабине транспортного средства, в частности летательного аппарата, в соответствии с реальными условиями. С другой стороны, при помощи реалистичного представления окружающей среды, ожидаемой при эксплуатации, обучаемому должна быть предложена имитация реальных ожидаемых затруднений. На основании данных, отображающих физическое состояние обучаемого, инструктор должен постоянно получать реальное представление о физической и психической нагрузке и/или о допустимой нагрузке на обучаемого. Показанный на фиг. 1 тренажер позволяет понять основное отличие предложенной в изобретении концепции. Шестиосный робот 1 с одной стороны, непосредственно соединен через адаптерную плиту 3 с кабиной 4 транспортного средства, содержащей лаз 2, а с другой стороны, жестко соединен с устройством 6 для линейного поперечного движения. Направление поперечного движения, осуществляемого при помощи этого устройства 6, показано общеупотребительными символами. Направления перемещения устройства 5 для линейного продольного движения, на котором установлено устройство 6, показаны двойной стрелкой. Эта комбинация устройств 6 и 5 обеспечивает возможность ускоренного движения кабины 4 летательного аппарата одновременно в продольном и поперечном направлениях, независимо от движений робота 1. Продольное направление определяется продольной ориентацией летательного аппарата, то есть его кабины 4. Так как при имитации условий в летательном аппарате, например, в пассажирском летательном аппарате, к тренажеру должны предъявляться наивысшие требования, то ниже подробно рассматривается этот вариант. Центр тяжести пассажирского или другого летательного аппарата, имеющего несущие плоскости,расположен примерно в середине этих несущих плоскостей. Центром тяжести является точка, в которой как бы сосредоточена вся масса летательного аппарата и вокруг которой в некоторой мере может поворачиваться вся машина. Однако сиденье пилота находится, как правило, на удалении от центра тяжести машины, со смещением относительно него вперед в направлении полета и вверх. Поэтому, например,при взлете машины пилот не только движется вместе с центром ее тяжести, но и испытывает дополнительный вращающий момент, возникающий вследствие расстояния между сиденьем пилота и центром тяжести машины. В варианте на фиг. 1 это расстояние примерно соответствует расстоянию от середины устройства 5 для линейного продольного движения до сиденья в кабине 4 полетного тренажера. Поэтому для имитации процесса взлета при помощи тренажера согласно изобретению можно передвинуть кабину 4 транспортного средства в продольном направлении при помощи устройства 5 для линейного продольного движения. При этом шестиосный робот 1 совершает нормальное комбинированное движение подъема и поворота взлетающего летательного аппарата. С этой целью устройство 5 может линейно перемещаться с реальным ускорением. Благодаря тому, что устройство 6 для линейного поперечного движения установлено подвижно на устройстве 5 для линейного продольного движения, возможно комбинированное ускоренное движение обоих устройств индивидуально и совместно. В отношении использования устройства 6 для линейного поперечного движения приводится следующий пример. Если при нормальном взлете на летательный аппарат действует сдвигающий ветер, который является опасным видом бокового ветра, то это можно имитировать близко к реальности путем дополнительного использования устройства 6 для линейного поперечного движения. Разумеется, что такая имитация при помощи устройств 5 и 6 для линейного продольного и поперечного движения может осуществляться лишь до тех пор, пока соответствующим устройством не будет пройдено расстояние перемещения. Однако на практике расстояние перемещения устройства 5 для линейного продольного движения длиннее,чем у устройства 6 для линейного поперечного движения. Это соответствует реальности, так как сдвигающие ветры возникают преимущественно кратковременно и в виде шквала. Именно неожиданное возникновение сдвигающего ветра при взлете или посадке летательных аппаратов часто приводит к несчастным случаям и может быть близко к реальности имитировано в тренажере согласно изобретению. На фиг. 2 схематично показан вид сбоку проекционного окружения, имитирующего внешний вид из кабины 4 транспортного средства. Позицией 15 обозначен возможный дисплей на органических светодиодах, который в виде гибкого экрана может быть согласован с контурами кабины 4 транспортного средства. Органический светодиод представляет собой светящийся конструктивный элемент из органических полупроводниковых материалов с малой вязкостью и отличается от неорганических светодиодов меньшей плотностью тока и меньшей яркостью и тем, что не требуются монокристаллические материалы. Органические светодиоды используются преимущественно для экранов и дисплеев, а также для освещения помещений с большой площадью. Альтернативная возможность представления имитируемого внешнего вида состоит в том, что его проецируют при помощи проекторов на проекционные поверхности, которые находятся снаружи кабины 4 транспортного средства. См. http:/en.wikipedia.org/wiki/Cave Automatic Virtual Environment. В настоящем варианте на показанном виде сбоку видны проекционная поверхность 9 передней части, проекционная поверхность 8 правосторонней части и проекционная поверхность 7 потолочной части. Эти проекционные поверхности могут быть соединены с кабиной 4 транспортного средства или могут быть установлены в помещении для тренажера. Разумеется, в последнем случае эти проекционные поверхности должны иметь большие пространственные размеры. Имеются способы проектирования, которые позволяют получить стереоскопическое изображение сцены на прямых примыкающих друг к другу проекционных поверхностях с прямолинейными стыками,которые могут быть сделаны невидимыми в изображении общей картины с относительно небольшими компьютерными затратами. Этот эффект "невидимости" получают путем компьютерного "вычитания" сравнительно точно определенных стыков используемых проекционных поверхностей. Для обучения на полетном тренажере согласно изобретению пилотов вертолета в особом варианте выполнения может быть предусмотрена дополнительная проекционная поверхность, которая отображает землю. В этом варианте кабина 4 летательного аппарата оснащена дополнительной прозрачной панелью в днище. На фиг. 3 показаны реализованные дополнительные имитационные устройства и система регистрации реакций человека. Для имитации возникшего на борту пожара предусмотрен центральный генератор 12 дыма с управляемым распределителем 11 дыма. С помощью этой установки оператор тренажера может в определенных местах кабины 4 транспортного средства, важных в практическом отношении, создать дым определенного вида и интенсивности. В особом варианте выполнения можно всю кабину 4 транспортного средства дополнительно подвергать вибрации определенного типа, которая случается в повседневной практике, например, которая вызвана намечающимся повреждением двигателя. Чтобы можно было имитировать возникновение таких повреждений еще ближе к реальности, в этом варианте выполнения для обучаемого пилота создается дополнительное акустическое сопровождение при помощи сложной системы громкоговорителей. Чтобы не усложнять чертеж, соответствующие устройства отдельно не показаны. Установкой 14 для освещения кабины можно управлять непосредственно или с помощью программы, изменяя цвет и интенсивность света (мигающий свет) в соответствии с имитируемой реальной обстановкой. При помощи устройства 16 обнаружения движений человека и/или регистрации его лица можно определять и/или записывать реакции обучаемого пилота для последующего анализа реакций человека(критика маневров). Сходным целям служит измерительное устройство 10 для измерения сопротивления кожи обучаемого пилота. Легче всего можно измерять сопротивление кожи в области ручки управления или другого управляющего органа. Для этого пригодна также поверхность возможно имеющегося аварийного выключателя. Для регистрации фактически выполненных движений кабины 4 транспортного средства служит датчик 17. Выходные сигналы датчика 17 служат для регистрации общего хода тренировочного процесса соответствующей имитационной программы. С помощью модульной системы 13 применяемую панель управления можно быстро приспособить к имитируемому типу летательного аппарата или транспортного средства посредством легко заменяемых вдвижных блоков. Очевидно, что полетный тренажер согласно изобретению пригоден также для применения в военных проектах, так как именно в этой области придается большое значение подготовке в опасных ситуациях существенного эмпирического потенциала военного пилота. Такой эмпирический потенциал может быть экономично выработан при помощи полетного тренажера, создающего особое ощущение реальности, без риска для человеческой жизни. Управление сложными процессами движения и обработка сигналов применяемых датчиков требуют применения специальной управляющей программы. Список обозначений 1 - шестиосный робот 2 - лаз 3 - адаптерная плита 4 - кабина транспортного средства, кабина летательного аппарата 5 - устройство для линейного продольного движения 6 - устройство для линейного поперечного движения 7 - проекционная поверхность потолочной части 8 - проекционная поверхность правосторонней части 9 - проекционная поверхность фронтальной части 10 - устройство для измерения сопротивления кожи 11 - распределитель дыма 12 - генератор дыма 13 - модульная система для замены панели управления 14 - установка для освещения кабины 15 - дисплей на органических светодиодах 16 - устройство для обнаружения движений человека и/или для регистрации его лица 17 - датчик для регистрации движений кабины ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Тренажер с созданием особого ощущения реальности, предназначенный для обучения владению движущимся в пространстве транспортным средством, содержащий: а) кабину (4) транспортного средства, смоделированную для имитируемого транспортного средства и содержащую реальные элементы управления, причем кабина соединена с землей, с одной стороны, при помощи шестиосного промышленного робота (1), а с другой стороны, через устройство (6) для линейного поперечного движения, установленного на устройстве (5) для линейного продольного движения с возможностью передвигаться под прямым углом,б) дисплей на основе технологии органических светодиодов, соответствующий контурам кабины (4) транспортного средства и предназначенный для передачи имитируемого внешнего вида,в) управляемые установки для искусственной генерации дыма (12), вибрационного движения, генерации звука и световых эффектов (14), предназначенные для имитации встречающихся на практике опасных ситуаций,г) управляемые установки для определения сопротивления кожи (10) и обнаружения движений человека и его лица (16), предназначенные для регистрации реакций человека на стресс,д) датчик (17) для регистрации фактических движений кабины транспортного средства. 2. Тренажер по п.1, в котором транспортным средством является летательный аппарат. 3. Тренажер по п.1 или 2, в котором для передачи имитируемого внешнего вида вместо технологии органических светодиодов по признаку б) используется изображение, спроецированное при помощи проекторов на проекционные поверхности, находящиеся снаружи кабины (4) летательного аппарата. 4. Тренажер по одному из предшествующих пунктов, в котором посредством модульной системы(13) применяемая панель управления кабины (4) летательного аппарата может быть путем легкой замены быстро приспособлена к имитируемому типу летательного аппарата. 5. Тренажер по одному из предшествующих пунктов, в котором с целью обучения пилотов вертолета предусмотрена дополнительная проекционная поверхность, которая отображает область земли, причем кабина (4) транспортного средства снабжена прозрачной панелью в днище. 6. Тренажер по одному из предшествующих пунктов, в котором с целью обучения в военной области для имитации случающихся на практике опасных ситуаций в тренировочной программе предусмотрены важные в отношении военной техники акустические, оптические и механические параметры. 7. Способ эксплуатации тренажера по п.1, включающий следующие операции: а) перемещение кабины (4) транспортного средства в двух перпендикулярных направлениях посредством шестиосного промышленного робота (1),б) передачу обучаемому пилоту имитируемого внешнего вида при помощи дисплея на основе технологии органических светодиодов,в) регистрацию реакций человека на стресс путем определения сопротивления кожи (10) и обнаружения движений человека и его лица (16) с помощью управляемых установок. 8. Способ по п.7, в котором транспортным средством является летательный аппарат. 9. Способ по п.7 или 8, который дополнительно включает операцию имитации случающихся на практике опасных ситуаций с помощью управляемых установок для искусственной генерации дыма (12),вибрационных движений, генерации звука и световых эффектов (14). 10. Способ по одному из пп.7-9, в котором для передачи имитируемого внешнего вида вместо технологии органических светодиодов по признаку б) используют изображение, которое проецируют при помощи проекторов на проекционные поверхности, находящиеся снаружи кабины (4) летательного аппарата. 11. Считываемый машиной носитель, содержащий программный код компьютерной программы для реализации способа по одному из пп.7-10 при выполнении этой программы в компьютере.