WO2017009406A1 - Haptische fernsteuerung - Google Patents

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WO2017009406A1
WO2017009406A1 PCT/EP2016/066722 EP2016066722W WO2017009406A1 WO 2017009406 A1 WO2017009406 A1 WO 2017009406A1 EP 2016066722 W EP2016066722 W EP 2016066722W WO 2017009406 A1 WO2017009406 A1 WO 2017009406A1
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WO
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control
remote control
operating element
adjustment
haptic
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PCT/EP2016/066722
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English (en)
French (fr)
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Thomas Müller
Mirko SATTELBERG
André Frank
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H30/00—Remote-control arrangements specially adapted for toys, e.g. for toy vehicles
    • A63H30/02—Electrical arrangements
    • A63H30/04—Electrical arrangements using wireless transmission

Definitions

  • the invention relates to a remote control for a real or virtual moving object.
  • Such a remote control for a real or virtual moving object comprises at least one operating element, which is manually adjustable for generating first control signals, which relate to a movement of the object, between a plurality of adjustment positions.
  • an adjustment range defines limits of the manual adjustability of the at least one operating element.
  • Such a remote control further comprises at least one actuator, which is designed and configured to adjust the at least one operating element between the adjustment positions of the adjustment.
  • Such a remote control may be, for example, a model aircraft remote control. It may also be, for example, a remote control for a model car or a model boat. In this case, the exemplified movable objects -. Model airplane, model car or model boat - real or virtual objects.
  • virtual moving objects play a role in computer-implemented model simulations for gaming or training purposes.
  • the movement of the virtual object can be tracked on a screen and controlled by means of a remote control connected to the computer.
  • the remote control may be provided with a force feedback function, as known from man-bearing aviation in the context of fly-by-wire controls.
  • an operating element of the remote control is acted upon by an actuator with forces and / or torques to give an operator the impression of physical counter-forces, which take effect on certain tax movements or flight conditions to convey.
  • a joystick with the force feedback function described is known, for example, from US Pat. No. 6,429,849 B1.
  • a motor is provided on a joystick, which is controlled by a controller, to act on the joystick along two axes of rotation with corresponding torques.
  • the object of the present invention is to provide a remote control for a real or virtual moving object, which allows a haptic switching of remote control movements of an entity, for example from a remote control of a model flying instructor, to a remote control operator.
  • At least one control unit is provided on a generic remote control further, which is designed and configured to control the at least one actuator and to regulate the adjustment of the at least one control element with respect to a desired adjustment by means of at least one actuator.
  • the adjustment range defines limits of the possible setpoint adjustment positions.
  • the invention is based on the idea that remote control movements can be haptically conveyed when all adjustment positions in which a control element is manually adjustable, also automatically, ie by the actuator, are specifically approached.
  • the control unit can, for example, a desired adjustment of the Operating element are approached, which corresponds to a current adjustment position of a control element of a model flying instructor remote control.
  • the operator for example, a model student, there is thus the possibility of sympathizing with the remote control movements of the flight instructor at the same time as observing the real model airplane in order to memorize the required joystick movements.
  • the moving object may be an unmanned land vehicle, watercraft and / or aircraft.
  • the object may be a remotely controllable model vehicle for land, sea, and / or air operation, particularly a remotely controllable model airplane or a model remote controlled helicopter.
  • the remote control of such models generally requires a comparatively complex training, in which the haptic switching of remote control movements of a model flying instructor according to the invention to a model student can be used particularly advantageously.
  • a remote control dummy is provided in the manner of a model remote control.
  • the remote control dummy has at least two control elements, which are designed as control sticks and are adjustable in accordance with the adjustment positions of the control stick of a model remote control between a plurality of adjustment positions within an adjustment range.
  • the joysticks may be pivotable about at least two axes.
  • the remote control dummy further comprises at least one actuator per control element, wherein the at least one actuator is designed and configured to adjust the respective control between the adjustment of the adjustment, and at least one control unit which is designed and configured to control the at least one actuator per control and to regulate the adjustment position of the respective operating element with respect to a desired adjustment position by means of the at least one actuator.
  • the adjustment range defines limits of the possible setpoint Adjustment positions.
  • control element of the remote control or the remote control dummy can be distributed continuously in the adjustment range.
  • control element may be a joystick which can be continuously swiveled about several axes or a continuously adjustable slider.
  • complex control movements by means of a remote control according to the invention can be particularly catchy mediated by haptic Nach spahlen.
  • a control element of a remote control or a remote control dummy is designed to be adjusted under superimposed effects of the actuator on the one hand and a manual operation by the operator on the other hand between the adjustment positions.
  • a superimposed actuation of the operating element according to the construction of the operating element and the actuator is also provided and can not be effected only by "brute force" during the manual actuation, for example, a control stick on a shaft of an electric motor , which forms an actuator, be attached, wherein the shaft of the electric motor is designed to be smooth and rotatable from the outside.
  • the actuator does not constitute a mechanical design inhibition for a manual adjustment of the operating element.
  • the control unit of the remote control or the remote control dummy is designed to limit the force and / or the torque with which or which the actuator acts on the operating element.
  • limits of the force and / or the torque can be variably adjustable. In this way, the action of the actuator can superimpose a manual operation of the control element more or less.
  • an adjustment device for upper limits of the force and / or the torque of the actuator can be provided on the remote control.
  • An operator then has z.
  • a low upper limit is set by the operator, he essentially actuates the operating element manually manually, whereby only slight haptic corrections are provided by the relatively low forces and / or torques of the actuator. If, on the other hand, a relatively high upper limit is set, then the operator can essentially leave the control to the actuator and only largely passively sense its control movements of the operating element.
  • the remote control or the remote control dummy additionally comprises a sensor unit for detecting the adjustment position in which a control element is located, and for translating the detected adjustment position into second control signals, and a signal output for outputting the second control signals.
  • a current adjustment position of the operating element can be detected by means of potentiometers or optical and / or magnetic sensors arranged on the operating element.
  • the sensor unit measuring signals such as the potentiometer, can be encoded in the second control signals.
  • the second control signals can be output externally.
  • the signal output can z. B. comprise a radio transmission unit for the second control signals.
  • the signal output has a socket for a wired output of the control signals.
  • the operator may be a model instructor, and the detected by means of the sensor unit adjustment positions of one or more controls on his remote control can be transmitted as a second control signals to another remote control according to the invention of a model student.
  • the control unit of the remote control of the model pupil can control a corresponding control element with respect to a desired adjustment position, wherein the desired adjustment position z.
  • a system for haptic switching of remote control movements.
  • the system has at least one haptic control unit which comprises a remote control according to the invention and / or a remote control dummy according to the invention.
  • the remote control dummy comprises at least one actuator and a control unit, as they has been described above with reference to a remote control according to the invention, but is not designed to generate the first control signals related to the movement of an object.
  • the system comprises at least one instance for providing second control signals, from which a desired adjustment position of the at least one operating element of the haptic control device can be derived. In this case, the second control signals from the at least one instance can be transmitted to the control unit of the at least one haptic operating device.
  • the instance for providing second control signals may include a remote control according to the invention with a sensor unit with which an adjustment position of a control element can be detected and translated into second control signals. It may be provided that the second control signals are output via a signal output of the remote control and transmitted, for example by radio or by wire, to one or more haptic control devices of the system. From the transmitted second control signals, a desired adjustment position of one or more operating elements of the at least one haptic operating device can be derived, with respect to which the control unit of the respective haptic operating device can control the operating element.
  • the radio which represents the instance, z. B. be served by a model instructor. Accordingly, one or more haptic operator devices that can receive the second control signals from the instance, for. B. operated by model learners.
  • This aspect of the invention is based on the idea that with the system according to the invention, remote control movements of an entity, for example a model flight instructor or model simulator, can be haptically communicated to one or more operators of one or more haptic operator devices, for example in the manner of a model flight remote control.
  • a model student can be corrected in his remote control movements by a model instructor.
  • the instance comprises a computer and / or a server.
  • the entity may provide the second Control signals a model simulator, which is executed on the computer and / or the server to be.
  • a model simulator which is executed on the computer and / or the server to be.
  • remote control movements relating to certain movement sequences of a virtual object in the context of the model simulator stored in a database of the computer and / or server and as second control signals to a connected to the computer and / or server remote control or Fernêtungsattrappe be transmitted.
  • the second control signals for example, within a network such. B. be deposited on the Internet.
  • the second control signals are generated by a remote control according to the invention with a sensor unit and transmitted via the Internet to at least one haptic control unit.
  • the transmission can be done directly or delayed, ie by storing the control signals in a database for later retrieval.
  • the haptic control device comprises a remote control according to the invention for a real movable object, wherein the object has a telemetry unit for acquiring measured data.
  • the telemetry unit can form an instance (or a part thereof), wherein the second control signals are derived from the measured data of the telemetry unit.
  • aircraft models according to the prior art already have the ability to send current operating data such as flight altitude, speed, rotor speed, battery capacity, etc. via such a telemetry unit back to a remote control. In previous solutions, these data are displayed to the operator via the remote control visually or by voice.
  • it is known to provide a haptic feedback on the remote control when an error situation occurs wherein, for example, a vibration of a joystick can indicate to the operator the presence of the error situation.
  • the telemetry unit as an instance in a system according to the invention can now with the second control signals sensor-based control information, for example, for automatically canceling pitch at speed drop of the rotor of a model helicopter, to transmit the remote control as a haptic control unit.
  • sensor-based control information for example, for automatically canceling pitch at speed drop of the rotor of a model helicopter
  • a control element for adjusting the pitch can be adjusted automatically, this automatic emergency correction being conveyed tangibly to the operator.
  • an adjustment position of the operating element is only automatically by the control unit and the actuator of the remote control approached when the applied by the operator manual holding or holding force is too low to counteract the actuating force of the actuator or when the operator has completely released the control.
  • the direction of the automatic correction by the telemetry unit is noticeable to the operator.
  • the object is also achieved by a method for the haptic switching of remote control movements, which uses a system according to the invention.
  • the second control signals are provided by the at least one instance, wherein the second control signals relate to a desired adjustment position of the at least one operating element of the haptic control device.
  • the second control signals may also be provided by a computer and / or a server running a model simulator. It is also conceivable that the second control signals are provided by a computer and / or a server on which they are stored within a database.
  • the second control signals are transmitted from the instance to the haptic operating device.
  • the transmission of the second control signals can for example be done by radio from a remote control of a model flying instructor to the remote control of a model pupil.
  • the transmission may also be wired, for example, by cable from a computer to a remote control dummy connected thereto.
  • the adjustment position of the at least one operating element of the haptic control device is regulated as a function of the second control signals.
  • the control takes place by means of the control unit and the at least one actuator of the haptic control unit.
  • a joystick on the remote control of a model learner can be controlled to an adjustment position corresponding to an adjustment position of a joystick on the remote control of a model flying instructor representing the instance.
  • the controls of the instance and the haptic control device are designed such that it is a substantially unique Figure between the adjustment positions of the control element of the instance on the one hand and the operating element of the haptic control unit on the other hand.
  • At least two remote controls according to the invention are used.
  • a first remote control is used as a first instance for a second remote control as a first haptic operating element, wherein the desired adjustment position of the at least one operating element of the second remote control corresponds to an adjustment position of a corresponding operating element of the first remote control.
  • the second remote control is used as a second instance for the first remote control as a second haptic control unit, wherein the desired adjustment position of the at least one control element of the first remote control corresponds to an adjustment position of a corresponding control element of the second remote control.
  • a remote control of a model student on the one hand receive second control signals from a remote control of a model flying instructor and thus sense its remote control movements on a joystick, and vice versa, the model instructor with its remote control second control signals from the model student's remote control receive, so the model instructor remote control movements of the model pupil can feel haptic.
  • the at least one control element is acted upon by the at least one actuator for adjusting the adjustment position with an even greater force and / or torque, the farther the adjustment position of the at least one operating element of the deviates from the respective desired adjustment position.
  • the force and / or the torque may depend substantially linearly on the deviation.
  • a, e.g. elastic, haptic coupling between a control element of the first remote control (for example, the model flying instructor) and a control element of the second remote control (for example, the model pupil) can be realized.
  • a haptic coupling is analogous to a coupling of the control horns of a pilot and a copilot, as it is known from man-carrying aviation to understand.
  • the greater a coupling strength is selected for the at least one control element.
  • the coupling strength is set on the at least one haptic operating device and / or on the at least one instance.
  • a coupling strength of a haptic coupling between a first remote control and a second remote control by means of the control units is set variably as needed.
  • the coupling strength can be set, for example, in a range from zero to a maximum coupling strength, wherein the maximum coupling strength z. B. (depending on the power of the actuator) may correspond to a substantially rigid coupling between the controls of the first remote control and the second remote control. It can be done adjusting the coupling strength for the respective remote control on the remote control itself. Alternatively or additionally, the coupling strength for both remote controls can be set on one of the remote controls.
  • Fig. 1A is a schematic view of a remote control in a first variant
  • Fig. 1B is a schematic view of a remote control in a second variant
  • Fig. 1C is a schematic view of a remote control dummy
  • FIG. 2A is a schematic view of an operating element with an actuator in a first variant
  • FIG. 2B is a schematic view of an operating element with an actuator in a second variant
  • 2C is a schematic view of an operating element with an actuator in a third variant; Remote control movements in a first variant;
  • Fig. 4 is a schematic view of a system for the haptic switching of
  • Fig. 5 is a schematic view of a system for the haptic exchange of
  • FIG. 6 is a schematic view of a haptic exchange system of FIG.
  • Figures 1 A and 1 B show a remote control 1 for a real or virtual moving object 5 in a first and second variant.
  • the remote controls 1 shown may be for a model airplane or a model helicopter.
  • the illustrated remote controls 1 have controls 10, which are exemplified here as two joysticks 10 in the manner of a model remote control.
  • An operator B of the remote control 1 can manually adjust the operating elements 10 between a plurality of possible adjustment positions (the manual action on the operating elements is symbolized here by a thin arrow from the operator B to the operating elements 10).
  • control elements 10 and possibly a microcontroller generate first control signals S1 for controlling the movement of the object 5 and apply them to a first signal output 16.
  • the first signal output 16 may, for example, a transmitting unit, for. B. the high-frequency part of a conventional model remote control.
  • the first signal output 16 may also include a cable socket for hard-wired output of the first control signals S1.
  • An adjustment range V defines limits of the manual adjustability of the operating elements 10.
  • the control sticks can be adjusted continuously within a certain radius (corresponding to the respective outer dashed circles around the operating element 10 of FIGS. 1A-1C), the radius defining the adjustment range V. , is designed to apply the control elements 10 with a force F and / or torque and consequently to adjust it within the adjustment range V.
  • an electromechanical unit may be provided as an actuator 1 1 on one or more controls 10. Examples of this are explained below with reference to FIGS. 2A to 2C.
  • the automatic adjustment of a control element 10 by the actuator 1 1 is haptic perceptible to the operator on the control element 10, i. palpable.
  • This haptic perception of the automatic adjustment movements of the operating elements 10 is symbolized in FIGS. 1 A-1 C with a thick arrow from the operating elements 10 to the operator B.
  • a control unit 13 of the remote control 1 is designed and configured to control the actuator 1 1 and thereby to regulate the adjustment positions of the operating elements 10 with respect to a desired adjustment position.
  • the adjustment range V defines limits of the possible setpoint adjustment positions, that is, any adjustment position within the adjustment range V can be approached by means of the control unit 13.
  • the control unit 13 may comprise, for example, a microcontroller.
  • the control unit 13 may be designed to transmit both force-related control signals SF and position-related control signals SP to the actuator 11 as part of the regulation of the adjustment position of a control element 10.
  • the force-related control signals SF should possibly also be understood as control signals which relate to a torque of the actuator 11.
  • a feedback channel SR be provided, via which measurement signals with respect to a current adjustment position of the control element 10 back to a microcontroller of the control unit can be communicated.
  • the control unit 13 receives second control signals S2 from a signal input 12 of the remote control 1.
  • the control unit 13 can derive from the second control signals S2 setpoint adjustment positions for the operating elements 10 and transmit corresponding control signals SF, SP for regulating the adjustment positions of a control element 10 to the actuator 11.
  • the second control signals S2 can be transmitted, for example, from an instance 32 outside the remote control 1 to the signal input 12. In such a for the haptic communication of remote control movements.
  • the instance 32 which provides the second control signals S2 may, for example, be a further remote control 1 according to the invention, which is shown schematically in FIG. 1B.
  • a sensor unit 15 for detecting the adjustment position, in which a control element 10 is located, as well as for translating the detected adjustment position into second control signals S2 is provided on a remote control 1, as has been explained with reference to FIG. 1A.
  • the sensor unit 15 may comprise one or more potentiometers, magnetic sensors and / or optical sensors which can detect a current adjustment position of the operating elements 10. It is also conceivable that the detected adjustment positions are used at the same time for the generation of the first control signals S1.
  • the translation of the detected adjustment positions in the second control signals S2 can, for. B. be made by a microcontroller of the sensor unit 15.
  • the second control signals S2 can be output via a second signal output 14 which is provided on the remote control 1 according to FIG. 1B.
  • the second control signals S2 wirelessly or wired to a haptic control unit 31, such as a remote control 1 of Figure 1 A, can be transmitted.
  • the second signal output 14 may, for example, a cable socket or a transmitting unit, for. B.
  • a high frequency part include.
  • a remote control 1 for a model airplane 5 for the transmission of the second control signals S2 a second radio link independent of a radio transmission of the first control signals S1 to a model airplane 5 can be provided.
  • channel values for the individual servos of the model airplane 5, which are not already converted by a controller, must be used, for example. the original adjustment positions of the joystick 10 are transmitted.
  • the second signal output 14 can comprise, for example, a transmitting unit for the second control signals in the form of a high-frequency part and is thus provided for translating the adjustment positions detected by the sensor unit 15 into second control signals S2 (as radio signals), the second signal output 14 can also be used as part of Sensor unit 15 are understood or have with this common components. Depending on the transmitted second control signals S2, the adjustment position of at least one operating element 10 of the haptic control device 31 can then be regulated.
  • a further remote control 1 according to the figure 1 B in the context of a system according to the invention 3 serve as a haptic control unit, which receives, for example, on the one hand via the signal input 12 second control signals S2 and on the other hand (other) second control signals S2 via the second signal output 14 and to another haptic control unit 31 transmitted.
  • the haptic control unit 31 can be realized in a variant by a remote control dummy 7 according to the figure 1 C. This differs from a remote control 1 according to FIG. 1A in that it is not designed to generate first control signals S1 for remote control of a mobile object 5.
  • a remote control dummy 7 can be provided, for example, for training purposes for a model student pilot as operator B, who can thus sense the remote control movements of a model flying instructor.
  • controls 10 on the remote control dummy 7 of Figure 1 C are not manually adjustable, but only automatically by the at least one actuator 1 1.
  • the control element 10 on the one hand and a manual operation by the operator B on the other hand be adjustable under the superimposed effects of the actuator 1 1.
  • the force F and / or the torque M with which the actuator 1 1 acts on the operating element 10 can be limited by means of the control unit 13.
  • the limits of the force 1 1 and / or the torque can be variably adjusted by means of the control unit 13, for example via a rotary knob.
  • FIGS. 2A to 2C show a schematic view of various embodiments of a control element 10 with an actuator 1 1 arranged thereon.
  • the operating element 10 according to FIG. 2A is a joystick which is shown here by way of example only in a single-axis design (ie with only one active plane).
  • the joystick 10 is arranged on a shaft of an electric motor 1 10, which forms part of the actuator 1 1.
  • the electric motor 1 10 in an advantageous embodiment constructive for a large torque and low speed be formed rotatable.
  • the joystick 10 may be attached directly to the shaft without providing an intermediate gear.
  • the joystick 10 is in this embodiment under the superimposed effects of manual action by the operator on the one hand and the brought by the electric motor 1 10 on the shaft torque on the other hand over its entire adjustment range V away adjustable.
  • 10 return springs 1 13 may be provided on the joystick, which move the joystick 10 back to a centering or home position upon removal of the two drive effects.
  • FIG. 2B is as a control element 1 1, a slider on a spindle 1 1 1 mounted.
  • the spindle 1 1 1 is driven by an electric motor 1 10.
  • the slider 10 about the spindle 1 1 1 applied to the electric motor 1 10, the slider 10 with a force F, whereby the slider 10 along the spindle 1 1 1 is linearly adjustable.
  • This is an example of an arrangement in which a manual operation of the slider 10 from the outside, so by an operator B, difficult or even excluded by design.
  • Such an arrangement can be used, for example, in a remote control dummy 7 according to FIG. 1C.
  • the slider 10 is the operator B, for example, exclusively for learning suitable sliding positions, for example in the context of complex flight sequences of a model airplane.
  • the slider 10 as shown in Figure 2C, in contrast, mounted on a belt 1 12, which is driven by an electric motor 1 10, so its adjustment is adjustable both by the electric motor 1 10 as an actuator 1 1 and manually by the operator B.
  • the electric motor 1 10 is designed for a large torque and a low speed and also has a smooth and rotatable shaft from the outside.
  • Such a slider 10 can be used, for example, in a remote control 1 according to FIGS. 1 A or 1 B with which an operator B can remotely control an object 5 at the same time and can additionally experience haptic remote control movements from an instance 32.
  • System 3 according to the invention for the haptic switching of remote control movements, wherein the previously described remote controls 1 and remote control dummy 7 according to Figures 1 A to 1 C can be used as haptic control devices 31.
  • FIG. 3 schematically shows a system 3 for the haptic switching of remote control movements in a first variant.
  • a first remote control 1 -1 of a first operator B1 serves as an instance 32, which provides second control signals S2-2 to a second remote control 1 -2 as a haptic control unit 31.
  • adjustment positions of operating elements 10 of the first remote control 1 -1 are encoded in the second control signals S2-2.
  • the second control signals S2-2 are transmitted, for example, by radio to the second remote control 1-2, and the adjustment positions of operating elements 10 of the second remote control 1-2 are regulated with respect to the desired adjustment positions transmitted with the second control signals S2-2.
  • second control signals S2-1 for the regulation of the adjustment positions of the operating elements 10 of the first remote control 1 -1 can be provided in a very analogous manner by the second remote control. In this way, a mutual coupling of the controls 10 of the first remote control 1 -1 and the second remote control 1 -2 can be realized.
  • This embodiment is based on the idea, for example, a model learner B2 on the controls 10 of his second remote control 1-2 a haptic feedback, which is generated by a model flying instructor B1 with the first remote control 1 -1, mediate.
  • a model learner B2 on the controls 10 of his second remote control 1-2 a haptic feedback, which is generated by a model flying instructor B1 with the first remote control 1 -1, mediate.
  • a complete image of the operating elements 10 of the first remote control 1 -1 of the model flying instructor B1 can be transmitted haptically to the model learner B2.
  • the inventive system 3 realizes a coupling between the controls of the first remote control 1 -1 of the model instructor B1 on the one hand and the second remote control 1 -2 of the model learner B2 on the other hand, which is analogous to the coupling of the control horns Pilot and Copilot in the man-carrying aviation to understand. Both pilot and co-pilot can fly the plane, and both can feel what the other one is doing at any time, so they can intervene quickly in the event of problems.
  • a coupling strength of the coupling by means of the control units 13 is variably adjustable as needed.
  • the coupling strength for example, be adjustable in a range from zero to a maximum coupling strength, the maximum coupling strength z.
  • a substantially rigid coupling between the controls 10 of the first remote control 1 -1 and the second remote control 1 -2 can correspond.
  • the first remote control 1 -1 of the model flying instructor B1 is radio-coupled to the model airplane 5.
  • the model instructor B1 has the primary responsibility for properly controlling the model airplane 5.
  • first control signals S1 which z. B. servo signals, charged and sent to the model aircraft 5 via the first signal output 16 (see Figure 1 B).
  • the adjustment positions of the joystick 10 are detected by the sensor unit 15 and sent via the second signal output 14 as second control signals S2-2 to the signal input 12 of the second remote control 1-2 of the model learner B2.
  • the received second control signals S2-2 are converted by the control unit 13 into desired adjustment positions for the control of the control stick 10.
  • the actuator 1 1 is supplied by the control unit 13 with corresponding input signals SP, SF with respect to a force, a torque and / or a position.
  • the control by the control unit 13 and the actuator 1 1 leads to an electromotive operation of the joystick 10, wherein the joystick 10 without manual influence from outside in their two axes each precisely take that adjustment that an adjustment of the corresponding joystick 10 on the first remote control corresponds to 1 -1.
  • the model learner B2 can operate the joystick 10 of his second remote control 1-2 manually, their adjustment positions being transmitted in the form of second control signals S2-1 to the first remote control 1 -1 of the model flying instructor B1 , If the against the force F (or a setting torque M) of the actuator 1 1 applies, so take his stick 10, the adjustment of the joystick 10 of the second remote control 1 -2 of the Modellflugschülers B2 a.
  • the first remote control 1 -1 of the model flying instructor B1 is "remotely controlled" by the model learner B2, whereby the model learner B2 transiently controls the model airplane 5 via the first remote control 1 -1.
  • the model instructor B1 can intervene at any time and with his, for the remote control of the model airplane 5 ultimately relevant, control sticks 10 Correct accordingly.
  • the model instructor B1 must manually overcome the actuating force F of the actuator 1 1, it being possible to provide that he has a maximum actuating force and / or a maximum torque of the actuator 1 1 via another operating element of the first remote control 1 -1 (eg. via a rotary potentiometer or a slider) can set variably.
  • the actuator 1 1 of the first remote control 1 -1 can not approach the predetermined by the model learner B2 adjustment position of the joystick 10, and the joystick 10 of the first remote control 1 -1 reach the required for the rescue of the model airplane 5 Adjustment positions according to the specifications of the model flying instructor B1.
  • the model learner B2 feels while caused by the correction of the model flying instructor B1 force F of its actuator 1 1 via the joystick 10 of its second remote control 1-2. This gives the model learner B2 an immediate feedback on his tax error and especially feels exactly the desired correct position of the joystick 10. It also has the model learner B2, the possibility of his second remote control 1-2 a maximum force and / or maximum torque of the Adjust actuator 1 1. Depending on training progress and application (eg, slow glider, fast and hard aerobatics, helicopter 3-D flight, etc.), different settings may make sense.
  • FIG. 4 shows a second variant of a system 3 according to the invention for the haptic switching of remote control movements.
  • a haptic control device 31 of a second operator B2 is connected to a computer 320, on which a model simulator is executed.
  • the haptic control device 31 can be, for example, a remote control 1 according to FIGS. 1A-1B or a remote control dummy 7 according to FIG. 1C.
  • the model simulator simulates the movement of a virtual moving object 5, for example a helicopter 5.
  • a virtual remote control can be seen, as often occurs in model simulators.
  • the computer 320 represents an instance 32 for the haptic control device 31 in that it provides second control signals S2 for regulating the adjustment positions of the control elements 10 via a signal input 12 of the haptic control device 31.
  • the second operator B2 adjusts the joysticks 10 of his remote control 1.
  • the adjustment positions of the joystick 10 are transmitted via a first signal output 16 as first control signals S1 to the computer 320.
  • the first control signals S1 are converted into corresponding adjustment positions of the virtual remote control mapped on the monitor and into a control of the movement of the virtual object 5.
  • the system 3 enables a new operating mode, in which the second operator B2 enters a flight sequence (for example a particularly difficult maneuver) already previously entered by a pilot pilot and third operator B3 and stored in a database 322 of the computer 320 into the model simulator can load.
  • a flight sequence for example a particularly difficult maneuver
  • the uploading of the flight sequence can also take place, for example, via an internet platform.
  • the joysticks 10 of his haptic control device 31 are moved precisely according to the stored specifications of the flight sequence. This can become a realistic experience, especially in conjunction with other stored parameters, such as a model type, simulated wind conditions, etc.
  • the stored flight sequence is sent from the virtual remote control in the form of second control signals S2 to the signal input 12 of the haptic control unit 31 and leads there via the control unit 13 to control the actuator 1 1 and ultimately the controls 10.
  • the second operator B2 the correct deflection the joystick 10 for the difficult flight sequence in addition to the visual perception of the virtual remote control on the joysticks 10 haptically follow.
  • the second operator B2 on the one hand has the option of manually controlling the virtual object 5 itself, but on the other hand is still gently guided via the haptic feedback of the virtual remote control.
  • the virtual remote control knows the optimal control flow and can compare it with the manual remote control movements of the second operator B2. If the deviations from the optimal remote control movements become too large, a corresponding opposing force F and / or a corresponding counter-torque M can be generated on the control stick 10 of the haptic control device 31 with the actuator 1 1.
  • the virtual object 5 which is optimally controlled by the virtual remote control is shown in the left half of the screen and the virtual object 5 manually controlled by the second operator B2 on the right half of the screen
  • the deviations of the adjustment positions of the joystick 10 of the virtual remote control on the one hand and the haptic control device 31 on the other hand can also be graphically animated and evaluated at the end of the simulated flight.
  • An integral of the deviations of the adjustment positions over the duration of the simulated flight would be a first clue for the execution quality and the learning success of the model learner B2.
  • two model simulations with their respective operators can be coupled live and time synchronously via the Internet 321.
  • This model flight instructor / model learner scenario is analogous to that with reference to FIG. 3 Weather independence of the two operators B1, B2.
  • the two haptic control devices 31 are in this case not connected to each other by radio or cable but each via a model simulator, which is executed on a computer 320, wherein the computer 320 are in turn coupled to each other via the Internet 321.
  • a model simulator which is executed on a computer 320, wherein the computer 320 are in turn coupled to each other via the Internet 321.
  • the operator B1 can dominantly control the virtual remote control with his haptic control device 31 as a model instructor, which in turn leads to the control of the virtual object 5.
  • the first operator B1 can give the second operator B2 the command to take over the remote control (just like pilot and co-pilot communicate in the cockpit of a man-carrying machine via helmet microphone and headphones).
  • the second operator B2 can then control the single logical virtual remote control and, moreover, the virtual object 5.
  • the adjustment positions of the joysticks of the virtual remote control via the Internet 321 are sent to the haptic control unit 31 of the first operator B1 and cause there a corresponding deflection of the joystick 10th
  • FIG. 5 shows a further variant of the system 3 according to the invention for the haptic switching of remote control movements.
  • many spectators can haptically simulate a model flight demonstration by a competition or show pilot and, accordingly, experience it "live”.
  • the joystick movements and thus required for remote control of the model airplane 5 control signals S2 are transferred to haptic control units 31 real, present at the flight event viewer B2.
  • the joysticks 10 of the haptic control devices 31, which can be implemented, for example, as remote controls 1 or remote control dummies 7 are moved, whereby the spectator B2 a Nachhehlen the show flight is enabled.
  • the second control signal S2 of the show or competition pilot can also be transmitted via an Internet platform 321 to an interested global community.
  • Virtual viewers B2 can then, for example, by means of a software to be installed on their home PC 320 and a haptic control unit 31 to be connected to the home PC 320, experience and experience the show flight "live” or else with a time delay In this case, they must be transmitted in a time-synchronized manner, for example by means of a streaming method, by the Internet platform 321.
  • the software to be installed on the home PC 320 then decodes the input signals S2 necessary for controlling the haptic control device 31 from the stream
  • FIG. 1 A fourth variant of a system 3 according to the invention is shown schematically in FIG.
  • an operator B controls with a remote control 1, which realizes a haptic control unit 31, a real remotely controllable object 5, such as a model helicopter.
  • a telemetry unit 51 is arranged, which with a telemetry sensor 510 current operating data such as altitude, airspeed, rotor speed, battery capacity, etc. can capture and spark via a telemetry transmitter 51 1 to the remote control 1 of the operator B.
  • a telemetry sensor 510 current operating data such as altitude, airspeed, rotor speed, battery capacity, etc.
  • current operating data such as altitude, airspeed, rotor speed, battery capacity, etc.
  • such telemetry data is communicated to an operator B visually or by voice.
  • the remote control 1 of the operator B and the telemetry unit 51 of the object 5 realize a system 3 according to the invention, the object 5 with the telemetry unit 51 representing an instance 32 for the remote control 1 as a haptic control unit 31.
  • the operator B controls the remotely controllable object 5 via the joystick 10 of his remote control. 1
  • the first control signals S1 are transmitted via the first signal output 16 to a receiver 52 of the remotely controllable object 5.
  • the first control signals S1 are converted into movements of individual servos (rowing machines) 53 of the remotely controllable object 5, which ultimately physically control the object 5.
  • the telemetry sensor 510 can alarm and cause the telemetry transmitter 51 1, second control signals S2 to the signal input 12 of the haptic control unit 31 send, or to bring joystick 10 in certain adjustment positions.
  • another rotor speed of a model helicopter 5 can be automatically selected in this way with a flight condition switch 10.
  • an impending stall (stall" due to low Anström für or too high angle of attack of a wing) cause a saving "pressing" the elevator stick.
  • the operator B does not have to stand by and watch an automatic stick position is only approached by the setting unit 1 1 if he does not apply enough manual holding forces or holding torques to hold against an adjustable maximum force or an adjustable maximum torque of the actuator 1 1 can. In any case, the operator B can feel the default direction of automatic correction by the telemetry unit 51 of the remotely controllable object 5.
  • a further exemplary embodiment of the system 3 according to the invention is conceivable in connection with a multicopter drone which autonomously departs GPS-predefined positions (so-called "waypoints".) If an operator B starts such an autonomous flight mode, the system 3 according to the invention can be used Flight control of the multicopter drone 5 calculated control pulses (to reach the waypoints) are sent via a telemetry transmitter 51 1 of the multicopter drone 5 to a haptic control unit 31 of the operator B, so that the joysticks 10 of the haptic control unit 31 are controlled as in an autopilot It is also a scenario conceivable in which no operation of a switch is required to leave the autopilot mode, but the operator B, for example, in an emergency, only has to resort to the joystick 10 to regain control of the multicopter drone 5. A deviation of the V Creation positions of the joystick 10 of the haptic control unit 31 of the calculated by the Flight Computer optimal adjustment positions can be used as an indicator for leaving the autopilot mode.
  • a manual operation of a joystick 10 for performing precise joysticks movements (“stickmoves") are supported and facilitated.
  • Performing specific embroidery moves by an operator B will counteract unwanted effects. This includes a change in the direction of action of a mechanical restoring force when passing through the centering position (ie the position that the control stick takes after release of the control stick 10).
  • the four quadrant operating surfaces of a conventional joystick 10 generally have different return forces compared to the orthogonal control axes.
  • movement along the main axes (“up”, “down”, “left”, “right") is easier for an operator than a diagonal movement. The reason for this is the number and characteristics of each participating return springs 1 13. Therefore, for example, it is very difficult to describe a clean circular path with the joystick.
  • actuators 1 1 can superimpose the characteristics of the return springs to individual specifications. Possible is z. B., each position of the joystick to specify a value for a desired restoring force F in the direction of a freely selectable centering point. If, for example, the points of a circular path around the central centering point uniformly have the restoring force zero in the sequence, it is possible to move the control stick 10 on this restoring forceless circular path within the adjustment range V without much practice.
  • the mechanical return springs 1 13 also completely by the control unit 13 and the actuator 1 1, z. B. electromotive, replicated and consequently be saved in the construction of a remote control 1.
  • Control unit 4 Second signal output 5 Sensor unit

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Abstract

Eine Fernsteuerung (1) für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt (5) umfasst mindestens ein Bedienelement (10), welches zum Erzeugen erster Steuersignale (S1), die sich auf eine Bewegung des Objekts (5) beziehen, manuell zwischen mehreren Verstellpositionen verstellbar ist, wobei ein Verstellbereich (V) Grenzen der manuellen Verstellbarkeit des mindestens einen Bedienelements (10) definiert; mindestens einen Stellantrieb (11), der ausgebildet und eingerichtet ist, das mindestens eine Bedienelement (10) zwischen den Verstellpositionen zu verstellen; und mindestens eine Regelungseinheit (13), die ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen Stellantrieb (11) zu steuern und mittels des mindestens einen Stellantriebs die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) bezüglich eine Soll-Verstellposition zu regeln. Dabei definiert der Verstellbereich (V) Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen.

Description

Haptische Fernsteuerung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Fernsteuerung für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt.
Eine derartige Fernsteuerung für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt umfasst mindestens ein Bedienelement, welches zum Erzeugen erster Steuersignale, die sich auf eine Bewegung des Objekts beziehen, manuell zwischen mehreren Verstellpositionen verstellbar ist. Dabei definiert ein Verstellbereich Grenzen der manuellen Verstellbarkeit des mindestens einen Bedienelements. Eine solche Fernsteuerung umfasst ferner mindestens einen Stellantrieb, der ausgebildet und eingerichtet ist, das mindestens eine Bedienelement zwischen den Verstellpositionen des Verstellbereichs zu verstellen.
Bei einer derartigen Fernsteuerung kann es sich beispielsweise um eine Modellflugfernsteuerung handeln. Es kann sich dabei aber auch zum Beispiel um eine Fernsteuerung für ein Modellauto oder ein Modellboot handeln. Dabei können die beispielhaft genannten beweglichen Objekte - z. B. Modellflugzeug, Modellauto oder Modellboot - reale oder virtuelle Objekte sein.
Virtuelle bewegliche Objekte spielen zum Beispiel im Rahmen von computerimplementierten Modellsimulationen für Spiel- oder Trainingszwecke eine Rolle. Dabei lässt sich die Bewegung des virtuellen Objektes auf einem Bildschirm verfolgen und mittels einer an den Computer angeschlossenen Fernsteuerung steuern. Die Fernsteuerung kann mit einer Force Feedback-Funktion versehen sein, wie sie aus der manntragenden Luftfahrt im Zusammenhang mit Fly-by-wire-Steuerungen bekannt ist. Hierbei wird ein Bedienelement der Fernsteuerung durch einen Stellantrieb mit Kräften und/oder Drehmomenten beaufschlagt, um einem Bediener den Eindruck von physikalischen Gegenkräften, welche bei bestimmten Steuerbewegungen oder Flugbedingungen wirksam werden, zu vermitteln. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Flugsimulation oder ein Autorennspiel als realistischer erfahren werden. Ein Joystick mit der beschriebenen Force Feedback-Funktion ist beispielsweise aus der US 6,429,849 B1 bekannt. Demnach ist an einem Steuerknüppel ein Motor vorgesehen, welcher von einem Controller angesteuert wird, den Steuerknüppel entlang zweier Drehachsen mit entsprechenden Drehmomenten zu beaufschlagen. Mit bekannten Fernsteuerungen der beschriebenen Art kann einem Bediener zwar der Eindruck von Gegenkräften und Gegendrehmomenten vermittelt werden, sie erlauben jedoch nicht, ein Bedienelement in der Weise automatisch zu verstellen, dass das bewegliche Objekt mit diesen Bewegungen tatsächlich steuerbar wäre. Dies kann aber beispielsweise bei der Ausbildung von Modellflugschülern zur Vermittlung von korrigierenden Fernsteuerbewegungen eines Modellfluglehrers oder bei einer Flugshow zum Mitfühlen der Fernsteuerbewegungen eines Modellflugkünstlers durch die Zuschauer wünschenswert sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fernsteuerung für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt bereitzustellen, welche eine haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen einer Instanz, beispielsweise von einer Fernsteuerung eines Modellfluglehrers, an einen Bediener der Fernsteuerung erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch eine Fernsteuerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist an einer gattungsgemäßen Fernsteuerung ferner mindestens eine Regelungseinheit vorgesehen, die ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen Stellantrieb zu steuern und mittels des mindestens einen Stellantriebs die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln. Dabei definiert der Verstellbereich Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass sich Fernsteuerbewegungen haptisch vermitteln lassen, wenn alle Verstellpositionen, in welche ein Bedienelement manuell verstellbar ist, auch automatisch, d.h. durch den Stellantrieb, gezielt anfahrbar sind. Mittels der Regelungseinheit kann dabei beispielsweise eine Soll-Verstellposition des Bedienelements angefahren werden, welche einer momentanen Verstellposition eines Bedienelements einer Modellfluglehrer-Fernsteuerung entspricht. Für den Bediener, beispielsweise einen Modellflugschüler, besteht somit die Möglichkeit, die Fernsteuerbewegungen des Fluglehrers zeitgleich mit dem Beobachten des realen Modellflugzeugs mitzufühlen, um sich die erforderlichen Steuerknüppel- Bewegungsabläufe einprägen zu können.
Es ist auch denkbar, bei einem Flugsimulator von einem simulierten Modellflugzeug Steuersignale zurück an die Fernsteuerung zu senden und dort in Bewegungen der Steuerknüppel umzusetzen. So können beispielsweise zuvor aufgezeichnete Flugsequenzen abgespielt und einem trainierenden Bediener die dazu passenden Steuerknüppelbewegungen fühlbar vermittelt werden.
Beispielsweise kann das bewegliche Objekt ein unbemanntes Landfahrzeug, Wasserfahrzeug und/oder Luftfahrzeug sein. So kann das Objekt zum Beispiel ein fernsteuerbares Modellfahrzeug für den Betrieb zu Land, zu Wasser und/oder in der Luft, insbesondere ein fernsteuerbares Modellflugzeug oder ein fernsteuerbarer Modellhubschrauber, sein. Das Fernsteuern solcher Modelle setzt im Allgemeinen ein vergleichsweise aufwändiges Training voraus, bei welchem die erfindungsgemäße haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen eines Modellfluglehrers an einen Modellflugschüler besonders vorteilhaft zum Einsatz kommen kann.
Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt wird eine Fernsteuerungsattrappe nach Art einer Modellfernsteuerung bereitgestellt. Die Fernsteuerungsattrappe weist mindestens zwei Bedienelemente auf, welche als Steuerknüppel ausgebildet sind und entsprechend den Verstellpositionen der Steuerknüppel einer Modellfernsteuerung zwischen mehreren Verstellpositionen innerhalb eines Verstellbereichs verstellbar sind. Beispielsweise können die Steuerknüppel um jeweils mindestens zwei Achsen schwenkbar sein. Die Fernsteuerungsattrappe umfasst ferner mindestens einen Stellantrieb je Bedienelement, wobei der mindestens eine Stellantrieb ausgebildet und eingerichtet ist, das jeweilige Bedienelement zwischen den Verstellpositionen des Verstellbereichs zu verstellen, und mindestens eine Regelungseinheit, die ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen Stellantrieb je Bedienelement zu steuern und mittels des mindestens einen Stellantriebs die Verstellposition des jeweiligen Bedienelements bezüglich einer Soll- Verstellposition zu regeln. Dabei definiert der Verstellbereich Grenzen der möglichen Soll- Verstellpositionen. Mit einer derartigen Fernsteuerungsattrappe kann z.B. ein Modellflugschüler oder ein Zuschauer einer Modellflugshow Steuerknüppelbewegungen eines Fluglehrers bzw. Modellflugkünstlers haptisch mitfühlen.
Die möglichen Verstellpositionen eines Bedienelements der Fernsteuerung oder der Fernsteuerungsattrappe können in dem Verstellbereich kontinuierlich verteilt sein. Beispielsweise kann das Bedienelement ein um mehrere Achsen kontinuierlich schwenkbarer Steuerknüppel oder ein kontinuierlich verstellbarer Schieberegler sein. Gerade bei solchen kontinuierlich verstellbaren Bedienelementen können komplexe Steuerbewegungen mittels einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung besonders eingängig durch haptisches Nachfühlen vermittelbar sein.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein Bedienelement einer Fernsteuerung oder einer Fernsteuerungsattrappe ausgebildet ist, unter überlagerten Wirkungen des Stellantriebs einerseits und einer manuellen Betätigung durch den Bediener andererseits zwischen den Verstellpositionen verstellt zu werden. Damit ist gemeint, dass eine solche überlagerte Betätigung des Bedienelements entsprechend der Konstruktion des Bedienelements und des Stellantriebs auch vorgesehen ist und nicht etwa nur durch „rohe Gewalt" bei der manuellen Betätigung bewirkt werden kann. Beispielsweise kann ein Steuerknüppel als Bedienelement an einer Welle eines Elektromotors, welcher einen Stellantrieb bildet, befestigt sein, wobei die Welle des Elektromotors leichtgängig und von außen drehbar ausgebildet ist. In diesem Fall stellt der Stellantrieb keine konstruktionsbedingte mechanische Hemmung für ein manuelles verstellen des Bedienelements dar.
In einer Weiterbildung ist die Regelungseinheit der Fernsteuerung oder der Fernsteuerungsattrappe ausgebildet, die Kraft und/oder das Drehmoment, mit welcher bzw. welchem der Stellantrieb das Bedienelement beaufschlagt, zu begrenzen. Insbesondere können dabei Grenzen der Kraft und/oder des Drehmoments variabel einstellbar sein. Auf diese Weise kann die Wirkung des Stellantriebes eine manuelle Betätigung des Bedienelements mehr oder weniger stark überlagern. Beispielsweise kann an der Fernsteuerung eine Einsteilvorrichtung für obere Grenzen der Kraft und/oder des Drehmoments des Stellantriebs vorgesehen sein. Ein Bediener hat dann z. B. die Möglichkeit, die Grenzen der Kraft und/oder des Drehmoments des Stellantriebs innerhalb eines Intervalls von Null bis zu einer jeweiligen maximalen Obergrenze für die Kraft und/oder das Drehmoment zu wählen. Wird durch den Bediener eine niedrige Obergrenze eingestellt, so betätigt er das Bedienelement im Wesentlichen selbst manuell, wobei durch die relativ niedrigen Kräfte und/oder Drehmomente des Stellantriebes lediglich leichte haptische Korrekturen bereitgestellt werden. Wird demgegenüber eine relativ hohe Obergrenze eingestellt, so kann der Bediener die Steuerung im Wesentlichen dem Stellantrieb überlassen und dessen Steuerbewegungen des Bedienelementes lediglich weitgehend passiv nachfühlen.
In einer Variante umfasst die Fernsteuerung oder die Fernsteuerungsattrappe zusätzlich eine Sensoreinheit zum Erfassen der Verstellposition, in welcher sich ein Bedienelement befindet, sowie zum Übersetzen der erfassten Verstellposition in zweite Steuersignale, und einen Signalausgang zur Ausgabe der zweiten Steuersignale. Beispielsweise kann eine aktuelle Verstellposition des Bedienelements mittels an dem Bedienelement angeordneter Potenziometer oder optischer und/oder magnetischer Sensoren erfasst werden. Im Rahmen der Sensoreinheit können Messsignale, beispielsweise der Potenziometer, in den zweiten Steuersignalen kodiert werden. Über den Signalausgang der Fernsteuerung können die zweiten Steuersignale nach extern ausgegeben werden. Der Signalausgang kann z. B. eine Funk-Sendeeinheit für die zweiten Steuersignale umfassen. Es ist aber auch denkbar, dass der Signalausgang eine Buchse für eine drahtgebundene Ausgabe der Steuersignale aufweist.
Beispielsweise kann der Bediener ein Modellfluglehrer sein, und die mittels der Sensoreinheit erfassten Verstellpositionen eines oder mehrerer Bedienelemente an seiner Fernsteuerung können als zweite Steuersignale an eine weitere erfindungsgemäße Fernsteuerung eines Modellflugschülers übermittelt werden. Die Regelungseinheit der Fernsteuerung des Modellflugschülers kann dabei ein entsprechendes Bedienelement bezüglich einer Soll-Verstellposition regeln, wobei die Soll-Verstellposition z. B. einer mittels der zweiten Steuersignale übermittelten aktuellen Verstellposition eines Bedienelements der Fernsteuerung des Modellfluglehrers entsprechen kann.
Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt wird ein System für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen bereitgestellt. Das System weist mindestens ein haptisches Bediengerät auf, welches eine erfindungsgemäße Fernsteuerung und/oder eine erfindungsgemäße Fernsteuerungsattrappe umfasst. Dabei umfasst die Fernsteuerungsattrappe mindestens einen Stellantrieb und eine Regelungseinheit, wie sie obenstehend mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Fernsteuerung beschrieben worden ist, ist jedoch nicht zum Erzeugen der ersten Steuersignale, die sich auf die Bewegung eines Objekts beziehen, ausgebildet. Ferner umfasst das System mindestens eine Instanz zum Bereitstellen zweiter Steuersignale, aus denen eine Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements des haptischen Bediengeräts ableitbar ist. Dabei sind die zweiten Steuersignale von der mindestens einen Instanz an die Regelungseinheit des mindestens einen haptischen Bediengeräts übermittelbar.
Beispielsweise kann die Instanz zum Bereitstellen zweiter Steuersignale eine erfindungsgemäße Fernsteuerung mit einer Sensoreinheit umfassen, mit welcher eine Verstellposition eines Bedienelements erfasst und in zweite Steuersignale übersetzt werden kann. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die zweiten Steuersignale über einen Signalausgang der Fernsteuerung ausgegeben und, beispielsweise per Funk oder drahtgebunden, an ein oder mehrere haptische Bediengeräte des Systems übermittelt werden. Aus den übermittelten zweiten Steuersignalen ist eine Soll-Verstellposition eines oder mehrerer Bedienelemente des mindestens einen haptischen Bediengeräts ableitbar, sodass bezüglich derer die Regelungseinheit des jeweiligen haptischen Bediengeräts das Bedienelement regeln kann. Das Funkgerät, welches die Instanz darstellt, kann z. B. von einem Modellfluglehrer bedient werden. Dementsprechend können ein oder mehrere haptische Bediengeräte, welche die zweiten Steuersignale von der Instanz empfangen können, z. B. von Modellflugschülern bedient werden.
Diesem Erfindungsaspekt liegt der Gedanke zugrunde, dass mit dem erfindungsgemäßen System Fernsteuerbewegungen einer Instanz, beispielsweise eines Modellfluglehrers oder Modellsimulators, an einen oder mehrere Bediener eines oder mehrerer haptischer Bediengeräte, beispielsweise nach Art einer Modellflugfernsteuerung, haptisch vermittelbar sind. Mittels des Systems kann beispielsweise ein Modellflugschüler in seinen Fernsteuerbewegungen durch einen Modellfluglehrer korrigiert werden. Es ist dabei auch denkbar, dass gleichzeitig mehrere Bediener von Fernsteuerungen oder Fernsteuerungsattrappen, welche ein haptisches Bediengerät verwirklichen, rein passiv durch haptisches Nachfühlen den Fernsteuerbewegungen eines Modellfluglehrers oder beispielsweise eines Modellflugkünstlers bei einer Modellflugshow folgen.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Instanz einen Computer und/oder einen Server umfasst. Insbesondere kann die Instanz zum Bereitstellen der zweiten Steuersignale ein Modellsimulator, welcher auf dem Computer und/oder dem Server ausgeführt wird, sein. So können beispielsweise Fernsteuerbewegungen, die sich auf bestimmte Bewegungssequenzen eines virtuellen Objektes im Rahmen des Modellsimulator beziehen, in einer Datenbank des Computers und/oder Servers hinterlegt und als zweite Steuersignale an eine an den Computer und/oder Server angeschlossene Fernsteuerung oder Fernsteuerungsattrappe übermittelbar sein. Dabei können die zweiten Steuersignale beispielsweise auch innerhalb eines Netzwerkes wie z. B. dem Internet hinterlegt sein. Es ist auch denkbar, dass die zweiten Steuersignale von einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung mit einer Sensoreinheit erzeugt und über das Internet an wenigstens ein haptisches Bediengerät übermittelt werden. Die Übermittlung kann dabei unmittelbar oder verzögert, d.h. durch Hinterlegen der Steuersignale in einer Datenbank zum späteren Abrufen, erfolgen.
Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, dass das haptische Bediengerät eine erfindungsgemäße Fernsteuerung für ein reales bewegliches Objekt umfasst, wobei das Objekt eine Telemetrieeinheit zum Erfassen von Messdaten aufweist. Die Telemetrieeinheit kann dabei im Rahmen des Systems eine Instanz (oder einen Teil hiervon) bilden, wobei die zweiten Steuersignale aus den Messdaten der Telemetrieeinheit abgeleitet werden. Beispielsweise verfügen Flugmodelle gemäß dem Stand der Technik bereits über die Möglichkeit, aktuelle Betriebsdaten wie Flughöhe, Geschwindigkeit, Rotordrehzahl, Akkukapazität etc. über eine derartige Telemetrieeinheit zurück an eine Fernsteuerung zu senden. Bei bisherigen Lösungen werden diese Daten dem Bediener über die Fernsteuerung visuell oder per Sprache angezeigt. Ferner ist es bekannt, bei Auftreten einer Fehlersituation ein haptisches Feedback an der Fernsteuerung vorzusehen, wobei zum Beispiel eine Vibration eines Steuerknüppels dem Bediener das Vorliegen der Fehlersituation anzeigen kann.
Mit der Telemetrieeinheit als Instanz in einem erfindungsgemäßen System lassen sich nun mit den zweiten Steuersignalen sensorbasierte Steuerungsinformationen, beispielsweise zum automatischen Zurücknehmen von Pitch bei Drehzahleinbruch des Rotors eines Modellhubschraubers, an die Fernsteuerung als haptisches Bediengerät übermitteln. Aufgrund dieser zweiten Steuersignale lässt sich beispielsweise ein Bedienelement zum Einstellen des Pitchs automatisch verstellen, wobei diese automatische Notfallkorrektur dem Bediener fühlbar vermittelt wird. Dabei wird eine Verstellposition des Bedienelements nur dann durch die Regelungseinheit und den Stellantrieb der Fernsteuerung automatisch angefahren, wenn die durch den Bediener aufgebrachte manuelle Stell- bzw. Haltekraft zu gering ist, um der Stellkraft des Stellantriebs entgegenzuwirken bzw. wenn der Bediener das Bedienelement ganz losgelassen hat. In jedem Fall ist für den Bediener die Richtung der automatischen Korrektur durch die Telemetrieeinheit spürbar.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen, welches ein erfindungsgemäßes System verwendet.
Demnach werden in einem ersten Schritt die zweiten Steuersignale durch die mindestens eine Instanz bereitgestellt, wobei die zweiten Steuersignale eine Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements des haptischen Bediengeräts betreffen. Zu diesem Zweck wird beispielsweise bei einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung mit einer Sensoreinheit die Verstellposition eines oder mehrerer Bedienelemente erfasst, anschließend in zweite Steuersignale übersetzt und zur Ausgabe auf den Signalausgang gegeben. Alternativ können die zweiten Steuersignale auch von einem Computer und/oder einem Server, auf welchem ein Modellsimulator ausgeführt wird, bereitgestellt werden. Es ist weiterhin denkbar, dass die zweiten Steuersignale von einem Computer und/oder einem Server bereitgestellt werden, auf welchem sie innerhalb einer Datenbank gespeichert sind. In einem zweiten Schritt werden die zweiten Steuersignale von der Instanz an das haptische Bediengerät übermittelt. Die Übermittlung der zweiten Steuersignale kann beispielsweise per Funk von einer Fernsteuerung eines Modellfluglehrers an die Fernsteuerung eines Modellflugschülers erfolgen. Die Übermittlung kann jedoch auch drahtgebunden erfolgen, zum Beispiel per Kabel von einem Computer an eine daran angeschlossene Fernsteuerungsattrappe.
In einem dritten Schritt wird die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements des haptischen Bediengeräts in Abhängigkeit der zweiten Steuersignale geregelt. Dabei erfolgt die Regelung mittels der Regelungseinheit und des mindestens einen Stellantriebs des haptischen Bediengeräts. So kann beispielsweise ein Steuerknüppel an der Fernsteuerung eines Modellflugschülers auf eine Verstellposition geregelt werden, die einer Verstellposition eines Steuerknüppels an der Fernsteuerung eines Modellfluglehrers, welche die Instanz darstellt, entspricht. Dabei sind die Bedienelemente der Instanz und des haptischen Bediengeräts derart ausgebildet, dass es eine im Wesentlichen eindeutige Abbildung zwischen den Verstellpositionen des Bedienelements der Instanz einerseits und dem Bedienelement des haptischen Bediengeräts andererseits gibt.
In einer Variante des Verfahrens kommen wenigstens zwei erfindungsgemäße Fernsteuerungen, welche jeweils eine Sensoreinheit aufweisen, zum Einsatz. Dabei wird einerseits eine erste Fernsteuerung als eine erste Instanz für eine zweite Fernsteuerung als ein erstes haptisches Bedienelement verwendet, wobei die Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements der zweiten Fernsteuerung einer Verstellposition eines entsprechenden Bedienelements der ersten Fernsteuerung entspricht. Andererseits wird wiederum die zweite Fernsteuerung als eine zweite Instanz für die erste Fernsteuerung als ein zweites haptisches Bediengerät verwendet, wobei die Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements der ersten Fernsteuerung einer Verstellposition eines entsprechenden Bedienelements der zweiten Fernsteuerung entspricht. Beispielsweise kann eine Fernsteuerung eines Modellflugschülers einerseits zweite Steuersignale von einer Fernsteuerung eines Modellfluglehrers empfangen und auf diese Weise dessen Fernsteuerbewegungen an einem Steuerknüppel nachfühlen, und umgekehrt kann auch der Modellfluglehrer mit seiner Fernsteuerung zweite Steuersignale von der Fernsteuerung des Modellflugschülers empfangen, sodass der Modellfluglehrer Fernsteuerbewegungen des Modellflugschülers haptisch nachempfinden kann.
Es kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ferner vorgesehen sein, dass das mindestens eine Bedienelement von dem mindestens einen Stellantrieb zum Verstellen der Verstellposition mit einer umso größeren Kraft und/oder mit einem umso größeren Drehmoment beaufschlagt wird, je weiter die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements von der jeweiligen Soll-Verstellposition abweicht. Beispielsweise kann die Kraft und/oder das Drehmoment im Wesentlichen linear von der Abweichung abhängen. Auf diese Weise kann eine, z.B. elastische, haptische Kopplung zwischen einem Bedienelement der ersten Fernsteuerung (beispielsweise des Modellfluglehrers) und einem Bedienelement der zweiten Fernsteuerung (beispielsweise des Modellflugschülers) verwirklicht werden. Eine solche haptische Kopplung ist analog zu einer Kopplung der Steuerhörner eines Piloten und eines Copiloten, wie sie aus der manntragenden Luftfahrt bekannt ist, zu verstehen.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass bei einer Abweichung zwischen der Verstellposition des mindestens einen Bedienelements und der jeweiligen Soll- Verstellposition das mindestens eine Bedienelement durch den mindestens einen Stellantrieb mit einer umso größeren Kraft und/oder mit einem umso größeren Drehmoment beaufschlagt wird, je größer eine Kopplungsstärke für das mindestens eine Bedienelement gewählt wird. Dabei wird die Kopplungsstärke an dem mindestens einen haptischen Bediengerät und/oder an der mindestens einen Instanz eingestellt.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Kopplungsstärke einer haptischen Kopplung zwischen einer ersten Fernsteuerung und einer zweiten Fernsteuern mittels der Regelungseinheiten nach Bedarf variabel eingestellt wird. Die Kopplungsstärke kann beispielsweise in einem Bereich von Null bis zu einer maximalen Kopplungsstärke eingestellt werden, wobei die maximale Kopplungsstärke z. B. (je nach Leistungsstärke des Stellantriebs) einer im Wesentlichen starren Kopplung zwischen den Bedienelementen der ersten Fernsteuerung und der zweiten Fernsteuerung entsprechen kann. Dabei kann das Einstellen der Kopplungsstärke für die jeweilige Fernsteuerung an der Fernsteuerung selbst erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann an einer der Fernsteuerungen die Kopplungsstärke für beiden Fernsteuerungen eingestellt werden.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanken soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 A eine schematische Ansicht einer Fernsteuerung in einer ersten Variante;
Fig. 1 B eine schematische Ansicht einer Fernsteuerung in einer zweiten Variante; Fig. 1 C eine schematische Ansicht einer Fernsteuerungsattrappe;
Fig. 2A eine schematische Ansicht eines Bedienelements mit einem Stellantrieb in einer ersten Variante;
Fig. 2B eine schematische Ansicht eines Bedienelements mit einem Stellantrieb in einer zweiten Variante;
Fig. 2C eine schematische Ansicht eines Bedienelements mit einem Stellantrieb in einer dritten Variante; Fernsteuerbewegungen in einer ersten Variante;
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Systems für die haptische Vermittlung von
Fernsteuerbewegungen in einer zweiten Variante;
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Systems für die haptische Vermittlung von
Fernsteuerbewegungen in einer dritten Variante; und Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Systems für die haptische Vermittlung von
Fernsteuerbewegungen in einer vierten Variante.
Die Figuren 1 A und 1 B zeigen eine Fernsteuerung 1 für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt 5 in einer ersten und zweiten Variante. Beispielsweise können die gezeigten Fernsteuerungen 1 für ein Modellflugzeug oder einen Modellhubschrauber verwirklichen. Die Fernsteuerungen 1 können aber auch z. B. zum Fernsteuern von anderen unbemannten Landfahrzeugen, Wasserfahrzeugen und/oder Luftfahrzeugen vorgesehen und eingerichtet sein. Die dargestellten Fernsteuerungen 1 weisen Bedienelemente 10 auf, welche hier beispielhaft als zwei Steuerknüppel 10 nach Art einer Modellflugfernsteuerung dargestellt sind. Ein Bediener B der Fernsteuerung 1 kann die Bedienelemente 10 manuell zwischen mehreren möglichen Verstellpositionen verstellen (das manuelle Einwirken auf die Bedienelemente ist hier mit einem dünnen Pfeil von dem Bediener B zu den Bedienelementen 10 symbolisiert). Dabei werden durch die Bedienelemente 10 und gegebenenfalls einen MikroController erste Steuersignale S1 zum Steuern der Bewegung des Objekts 5 erzeugt und auf einen ersten Signalausgang 16 gegeben. Der erste Signalausgang 16 kann beispielsweise eine Sendeeinheit, z. B. das Hochfrequenzteil einer herkömmlichen Modellflugfernsteuerung, umfassen. In anderen Ausführungsformen kann der erste Signalausgang 16 auch eine Kabelbuchse zur drahtgebundenen Ausgabe der ersten Steuersignale S1 umfassen.
Ein Verstellbereich V definiert Grenzen der manuellen Verstellbarkeit der Bedienelemente 10. Vorliegend lassen sich die Steuerknüppel innerhalb eines bestimmten Radius (entsprechend den jeweils äußeren gestrichelten Kreisen um das Bedienelement 10 der Figuren 1 A-1 C) kontinuierlich verstellen, wobei der Radius den Verstellbereich V festlegt. ausgebildet ist, die Bedienelemente 10 mit einer Kraft F und/oder einem Drehmoment zu beaufschlagen und es infolgedessen innerhalb des Verstellbereichs V zu verstellen. Beispielsweise kann eine elektromechanische Einheit als Stellantrieb 1 1 an einem oder mehreren Bedienelementen 10 vorgesehen sein. Beispiele hierfür sind weiter unten mit Bezug auf die Figuren 2A bis 2C erläutert.
Das automatische Verstellen eines Bedienelements 10 durch den Stellantrieb 1 1 ist für den Bediener an dem Bedienelement 10 haptisch wahrnehmbar, d.h. fühlbar. Dieses haptische Wahrnehmen der automatischen Verstellbewegungen der Bedienelemente 10 ist in den Figuren 1 A-1 C mit einem dicken Pfeil von den Bedienelementen 10 zum Bediener B symbolisiert.
Eine Regelungseinheit 13 der Fernsteuerung 1 ist ausgebildet und eingerichtet, den Stellantrieb 1 1 zu steuern und dadurch die Verstellpositionen der Bedienelemente 10 jeweils bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln. Dabei definiert der Verstellbereich V Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen, d.h., jede beliebige Verstellposition innerhalb des Verstellbereichs V ist mittels der Regelungseinheit 13 anfahrbar. Die Regelungseinheit 13 kann beispielsweise einen MikroController umfassen. Beispielsweise kann die Regelungseinheit 13 ausgebildet sein, im Rahmen der Regelung der Verstellposition eines Bedienelements 10, sowohl kraftbezogene Steuersignale SF als auch positionsbezogene Steuersignale SP an den Stellantrieb 1 1 zu übermitteln. Dabei sollen unter den kraftbezogenen Steuersignalen SF ggf. auch Steuersignale verstanden werden, welche sich auf ein Drehmoment des Stellantriebs 1 1 beziehen. Im Rahmen der Regelung kann z. B. ein Feedbackkanal SR vorgesehen sein, über welchen Messsignale bezüglich einer aktuellen Verstellposition des Bedienelements 10 zurück an einen MikroController der Regelungseinheit übermittelbar sind.
Im Ausführungsbeispiel empfängt die Regelungseinheit 13 zweite Steuersignale S2 von einem Signaleingang 12 der Fernsteuerung 1 . Dabei kann die Regelungseinheit 13 aus den zweiten Steuersignale S2 Soll-Verstellpositionen für die Bedienelemente 10 ableiten und entsprechende Steuersignale SF, SP zur Regelung der Verstellpositionen eines Bedienelements 10 an den Stellantrieb 1 1 übermitteln. Die zweiten Steuersignale S2 können beispielsweise von einer Instanz 32 außerhalb der Fernsteuerung 1 an den Signaleingang 12 übermittelt werden. In einer solchen für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen verwirklichen.
Die Instanz 32, welche die zweiten Steuersignale S2 bereitstellt, kann zum Beispiel eine weitere erfindungsgemäße Fernsteuerung 1 sein, die in Figur 1 B schematisch dargestellt ist. Demnach ist an einer Fernsteuerung 1 , wie sie mit Bezug auf Figur 1 A erläutert worden ist, eine Sensoreinheit 15 zum Erfassen der Verstellposition, in welcher sich ein Bedienelement 10 befindet, sowie zum Übersetzen der erfassten Verstellposition in zweite Steuersignale S2 vorgesehen. Beispielsweise kann die Sensoreinheit 15 ein oder mehrere Potenziometer, magnetische Sensoren und/oder optische Sensoren aufweisen, welche eine aktuelle Verstellposition der Bedienelemente 10 erfassen können. Dabei ist auch denkbar, dass die erfassten Verstellpositionen zugleich für die Erzeugung der ersten Steuersignale S1 verwendet werden. Das Übersetzen der erfassten Verstellpositionen in die zweiten Steuersignale S2 kann z. B. durch einen MikroController der Sensoreinheit 15 vorgenommen werden.
Die zweiten Steuersignale S2 können über einen zweiten Signalausgang 14, der an der Fernsteuerung 1 gemäß der Figur 1 B vorgesehen ist, ausgegeben werden. Von dem zweiten Signalausgang 14 sind die zweiten Steuersignale S2 drahtlos oder drahtgebunden an ein haptisches Bediengerät 31 , wie zum Beispiel eine Fernsteuerung 1 nach Figur 1 A, übermittelbar.
Der zweite Signalausgang 14 kann dabei beispielsweise eine Kabelbuchse oder eine Sendeeinheit, z. B. ein Hochfrequenzteil, umfassen. Beispielsweise kann bei einer Fernsteuerung 1 für ein Modellflugzeug 5 zur Übermittlung der zweiten Steuersignalen S2 eine zweite, von einer Funkübertragung erster Steuersignale S1 zu einem Modellflugzeug 5 unabhängige Funkstrecke vorgesehen sein. Mit den zweiten Steuersignalen S2 müssen nicht bereits von einem Controller umgerechnete Kanalwerte für die einzelnen Servos des Modellflugzeugs 5, sondern z.B. die originalen Verstellpositionen der Steuerknüppel 10 übertragen werden.
Insoweit der zweite Signalausgang 14 beispielsweise eine Sendeeinheit für die zweiten Steuersignale in Form eines Hochfrequenzteils umfassen kann und somit zum Übersetzen der durch die Sensoreinheit 15 erfassten Verstellpositionen in zweite Steuersignale S2 (als Funksignale) vorgesehen ist, kann der zweite Signalausgang 14 auch als ein Teil der Sensoreinheit 15 verstanden werden oder mit diesem gemeinsame Komponenten aufweisen. In Abhängigkeit der übermittelten zweiten Steuersignale S2 kann dann die Verstellposition mindestens eines Bedienelements 10 des haptischen Bediengeräts 31 geregelt werden. Dabei kann auch eine weitere Fernsteuerung 1 gemäß der Figur 1 B im Rahmen eines erfindungsgemäßen Systems 3 als haptisches Bediengerät dienen, welches beispielsweise einerseits über den Signaleingang 12 zweite Steuersignale S2 empfängt und andererseits (andere) zweite Steuersignale S2 über den zweiten Signalausgang 14 abgibt und an ein weiteres haptisches Bediengerät 31 übermittelt.
Das haptische Bediengerät 31 kann in einer Variante auch durch eine Fernsteuerungsattrappe 7 gemäß der Figur 1 C verwirklicht sein. Diese unterscheidet sich von einer Fernsteuerung 1 gemäß der Figur 1 A dadurch, dass sie nicht zum Erzeugen erster Steuersignale S1 zum Fernsteuern eines beweglichen Objekts 5 ausgebildet ist. Eine solche Fernsteuerungsattrappe 7 kann beispielsweise zu Trainingszwecken für einen Modellflugschüler als Bediener B vorgesehen sein, der damit Fernsteuerbewegungen eines Modellfluglehrers nachfühlen kann.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Bedienelemente 10 an der Fernsteuerungsattrappe 7 der Figur 1 C überhaupt nicht manuell, sondern nur automatisch durch den mindestens einen Stellantrieb 1 1 verstellbar sind.
Im Gegensatz hierzu kann bei Fernsteuerungen 1 nach Figuren 1 A und 1 B das Bedienelement 10 unter den überlagerten Wirkungen des Stellantriebs 1 1 einerseits und einer manuellen Betätigung durch den Bediener B andererseits verstellbar sein. Dabei können die Kraft F und/oder das Drehmoment M, mit welchem der Stellantrieb 1 1 das Bedienelement 10 beaufschlagt, mittels der Regelungseinheit 13 begrenzt werden. In einer Variante können dabei die Grenzen der Kraft 1 1 und/oder des Drehmoments mittels der Regelungseinheit 13, beispielsweise über einen Drehregler, variabel einstellbar sein.
Die Figuren 2A bis 2C zeigen in schematische Ansicht verschiedene Ausführungsformen eines Bedienelements 10 mit einem daran angeordneten Stellantrieb 1 1 . Das Bedienelement 10 gemäß der Figur 2A ist ein Steuerknüppel, welcher hier beispielhaft lediglich in einachsiger Ausführung (d.h. mit nur einer Wirkebene) dargestellt ist. Der Steuerknüppel 10 ist an einer Welle eines Elektromotors 1 10 angeordnet, welcher einen Teil des Stellantriebs 1 1 bildet. Dabei kann der Elektromotor 1 10 in einer vorteilhaften Ausführungsform konstruktiv für ein großes Drehmoment und eine geringe Drehzahl drehbar ausgebildet sein. Beispielsweise kann, um eine entsprechende Leichtgangigkeit zu erzielen, der Steuerknüppel 10 direkt an der Welle befestigt sein, ohne dass ein zwischengeschaltetes Getriebe vorgesehen ist.
Der Steuerknüppel 10 ist in dieser Ausführungsform unter der überlagerten Wirkungen einer manuellen Einwirkung durch den Bediener einerseits sowie des durch den Elektromotor 1 10 auf die Welle gebrachten Drehmoments andererseits über seinen gesamten Verstellbereich V hinweg verstellbar. Dabei können an dem Steuerknüppel 10 Rückstellfedern 1 13 vorgesehen sein, die bei Wegnahme der beiden Antriebswirkungen den Steuerknüppel 10 zurück in eine Zentrier- oder Ausgangsposition bewegen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2B ist als Bedienelement 1 1 ein Schieberegler auf einer Spindel 1 1 1 montiert. Die Spindel 1 1 1 wird dabei von einem Elektromotor 1 10 angetrieben. Über die Spindel 1 1 1 beaufschlagt der Elektromotor 1 10 den Schieberegler 10 mit einer Kraft F, wodurch der Schieberegler 10 entlang der Spindel 1 1 1 linear verstellbar ist. Dies ist ein Beispiel für eine Anordnung, bei welcher eine manuelle Betätigung des Schiebereglers 10 von außen, also durch einen Bediener B, konstruktionsbedingt erschwert oder sogar ausgeschlossen ist. Eine solche Anordnung kann beispielsweise bei einer Fernsteuerungsattrappe 7 gemäß der Figur 1 C verwendet werden. Dabei dient der Schieberegler 10 dem Bediener B beispielsweise ausschließlich zum Erlernen geeigneter Schiebepositionen, beispielsweise im Rahmen komplexer Flugsequenzen eines Modellflugzeugs. Wird der Schieberegler 10, wie in Figur 2C gezeigt, demgegenüber auf einem Riemen 1 12 montiert, welcher von einem Elektromotor 1 10 angetrieben wird, so ist seine Verstellposition sowohl durch den Elektromotor 1 10 als Stellantrieb 1 1 als auch manuell durch den Bediener B verstellbar. Eine konstruktionsbedingte mechanische Hemmung wie in dem Ausführungsbeispiel der Figur 2B ist nicht vorhanden. Vorzugsweise ist der Elektromotor 1 10 dabei konstruktiv für ein großes Drehmoment und eine geringe Drehzahl ausgelegt und weist ferner eine leichtgängige und von außen drehbare Welle auf. Ein solcher Schieberegler 10 kann beispielsweise bei einer Fernsteuerung 1 gemäß den Figuren 1 A oder 1 B Verwendung finden, mit welcher ein Bediener B zugleich selbst ein Objekt 5 fernsteuern kann und zusätzlich Fernsteuerbewegungen von einer Instanz 32 haptisch erfahren kann. erfindungsgemäßen Systems 3 für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen beschrieben, wobei die zuvor beschriebenen Fernsteuerungen 1 bzw. Fernsteuerungsattrappen 7 gemäß der Figuren 1 A bis 1 C als haptische Bediengeräte 31 verwendet werden können.
In der Figur 3 ist ein System 3 für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen in einer ersten Variante schematisch dargestellt. Bei dem dargestellten System 3 dient eine erste Fernsteuerung 1 -1 eines ersten Bedieners B1 als Instanz 32, welche einer zweiten Fernsteuerung 1 -2 als einem haptischen Bediengerät 31 zweite Steuersignale S2-2 bereitstellt. Dabei sind in den zweiten Steuersignalen S2-2 Verstellpositionen von Bedienelementen 10 der ersten Fernsteuerung 1 -1 kodiert. Die zweiten Steuersignale S2- 2 werden beispielsweise per Funk an die zweite Fernsteuerung 1 -2 übermittelt, und die Verstellpositionen von Bedienelementen 10 der zweiten Fernsteuerung 1 -2 werden bezüglich der mit den zweiten Steuersignalen S2-2 übermittelten Soll-Verstellpositionen geregelt.
Umgekehrt können in ganz analoger Weise von der zweiten Fernsteuerung 1 -2 zweite Steuersignale S2-1 für die Regelung der Verstellpositionen der Bedienelemente 10 der ersten Fernsteuerung 1 -1 bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann eine gegenseitige Kopplung der Bedienelemente 10 der ersten Fernsteuerung 1 -1 und der zweiten Fernsteuerung 1 -2 verwirklicht werden.
Dieses Ausführungsbeispiel geht von dem Gedanken aus, beispielsweise einem Modellflugschüler B2 über die Bedienelemente 10 seiner zweiten Fernsteuerung 1 -2 ein haptisches Feedback, welches von einem Modellfluglehrer B1 mit dessen erster Fernsteuerung 1 -1 erzeugt wird, zu vermitteln. Zu diesem Zweck kann mit dem dargestellten System 3 dem Modellflugschüler B2 insbesondere ein vollständiges Abbild der Bedienelemente 10 der ersten Fernsteuerung 1 -1 des Modellfluglehrers B1 haptisch übermittelt werden.
Das erfindungsgemäße System 3 realisiert eine Kopplung zwischen den Bedienelementen der ersten Fernsteuerung 1 -1 des Modellfluglehrer B1 einerseits und der zweiten Fernsteuerung 1 -2 des Modellflugschülers B2 andererseits, die analog zu der Kopplung der Steuerhörner Pilot und Copilot in der manntragenden Fliegerei zu verstehen ist. Dabei können sowohl Pilot als auch Copilot das Flugzeug fliegen, und beide können jederzeit fühlen, was der andere macht, sodass sie bei Problemen schnell eingreifen könnten. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Kopplungsstärke der Kopplung mittels der Regelungseinheiten 13 nach Bedarf variabel einstellbar ist. Die Kopplungsstärke kann beispielsweise in einem Bereich von Null bis zu einer maximalen Kopplungsstärke einstellbar sein, wobei die maximale Kopplungsstärke z. B. einer im Wesentlichen starren Kopplung zwischen den Bedienelementen 10 der ersten Fernsteuerung 1 -1 und der zweiten Fernsteuerung 1 -2 entsprechen kann.
In der beispielhaften Ausführungsform der Figur 3 ist die erste Fernsteuerung 1 -1 des Modellfluglehrers B1 per Funk an das Modellflugzeug 5 gekoppelt. Somit hat der Modellfluglehrer B1 die Hauptverantwortung für das korrekte Steuern des Modellflugzeugs 5 inne.
Wenn der Modellfluglehrer B1 nun seine Steuerknüppel 10 verstellt, so werden deren Verstellpositionen einerseits zur Steuerung des Modellflugzeugs 5 in einem Controller in erste Steuersignale S1 , welche z. B. Servosignale umfassen, verrechnet und über den ersten Signalausgang 16 (vergleiche Figur 1 B) an das Modellflugzeug 5 gefunkt. Andererseits werden die Verstellpositionen der Steuerknüppel 10 durch die Sensoreinheit 15 erfasst und über den zweiten Signalausgang 14 als zweite Steuersignale S2-2 an den Signaleingang 12 der zweiten Fernsteuerung 1 -2 des Modellflugschülers B2 gesendet.
An der zweiten Fernsteuerung 1 -2 werden die empfangenen zweiten Steuersignale S2-2 durch die Regelungseinheit 13 in Soll-Verstellpositionen für die Regelung der Steuerknüppel 10 umgerechnet. Der Stellantrieb 1 1 wird von der Regelungseinheit 13 mit entsprechenden Eingangssignalen SP, SF bezüglich einer Kraft, eines Drehmoments und/oder einer Position versorgt. Im Ergebnis führt die Regelung durch die Regelungseinheit 13 und den Stellantrieb 1 1 zu einer elektromotorischen Bedienung der Steuerknüppel 10, wobei die Steuerknüppel 10 ohne manuelle Beeinflussung von außen in ihren beiden Achsen jeweils präzise diejenige Verstellposition einnehmen, die einer Verstellposition des entsprechenden Steuerknüppels 10 an der ersten Fernsteuerung 1 -1 entspricht. Dies ermöglicht dem Modellflugschüler B2 ein Nachfühlen der Fernsteuerbewegungen des Modellfluglehrers B1 .
Da die beschriebene Kopplung in beide Richtungen verwirklicht ist, kann auch der Modellflugschüler B2 die Steuerknüppel 10 seiner zweiten Fernsteuerung 1 -2 manuell bedienen, wobei deren Verstellpositionen in Form von zweiten Steuersignale S2-1 an die erste Fernsteuerung 1 -1 des Modellfluglehrers B1 übermittelt werden. Wenn der gegen die Stellkraft F (oder ein Stelldrehmoment M) des Stellantriebs 1 1 aufbringt, so nehmen seine Steuerknüppel 10 die Verstellposition der Steuerknüppel 10 der zweiten Fernsteuerung 1 -2 des Modellflugschülers B2 ein. In diesem Fall wird die erste Fernsteuerung 1 -1 des Modellfluglehrers B1 durch den Modellflugschüler B2 „ferngesteuert", wobei der Modellflugschüler B2 das Modellflugzeug 5 transitiv über die erste Fernsteuerung 1 -1 steuert.
In dem Fall, dass der Modellflugschüler B2 einen kritischen Steuerfehler begeht, kann der Modellfluglehrer B1 jederzeit eingreifen und mit seinen, für das Fernsteuern des Modellflugzeugs 5 letztlich maßgeblichen, Steuerknüppeln 10 entsprechend korrigieren. Der Modellfluglehrer B1 muss hierbei manuell die Stellkraft F des Stellantrieb 1 1 überwinden, wobei vorgesehen sein kann, dass er eine maximale Stellkraft und/oder ein maximales Drehmoment des Stellantriebs 1 1 über ein weiteres Bedienelement der ersten Fernsteuerung 1 -1 (z. B. über ein Drehpotentiometer oder einen Schieberegler) variabel einstellen kann.
Infolge dieses manuellen Eingreifens durch den Modellfluglehrer B1 kann der Stellantrieb 1 1 der ersten Fernsteuerung 1 -1 nicht die vom Modellflugschüler B2 vorgegebene Verstellposition der Steuerknüppel 10 anfahren, und die Steuerknüppel 10 der ersten Fernsteuerung 1 -1 erreichen die für die Rettung des Modellflugzeug 5 erforderlichen Verstellpositionen entsprechend den Vorgaben des Modellfluglehrers B1 .
Der Modellflugschüler B2 fühlt dabei die durch die Korrektur des Modellfluglehrers B1 hervorgerufene Stellkraft F seines Stellantriebs 1 1 über die Steuerknüppel 10 seiner zweiten Fernsteuerung 1 -2. Dadurch bekommt der Modellflugschüler B2 eine sofortige Rückmeldung über seinen Steuerfehler und fühlt insbesondere auch genau die anzustrebende korrekte Position des Steuerknüppels 10. Dabei hat auch der Modellflugschüler B2 die Möglichkeit, an seiner zweiten Fernsteuerung 1 -2 eine maximale Stellkraft und/oder in maximales Drehmoment des Stellantriebs 1 1 einzustellen. Je nach Trainingsfortschritt und Anwendung (z. B. langsamer Segelflieger, schneller und harter Kunstflug, Helikopter-3-D-Flug etc.) können hierbei unterschiedliche Einstellungen sinnvoll sein. Falls der Modellflugschüler B2 die Korrektur des Modellfluglehrers B1 ignoriert und mit seiner manuellen Stellkraft entgegen dem Stellantrieb 1 1 wirkt, hat dies für das Modellflugzeug 5 keine Konsequenzen, da für das Fernsteuern des Modellflugzeug 5 ja Verstellpositionen der Steuerknüppel der zweiten Fernsteuerung 1 -2 werden in diesem Fall also von dem Modellflugzeug 5 ignoriert. Die Figur 4 zeigt eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Systems 3 für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen. Dabei ist ein haptisches Bediengerät 31 eines zweiten Bedieners B2 mit einem Computer 320 verbunden, auf welchem ein Modellsimulator ausgeführt wird. Das haptische Bediengerät 31 kann beispielsweise eine Fernsteuerung 1 gemäß den Figuren 1 A-1 B oder eine Fernsteuerungsattrappe 7 nach Figur 1 C sein. Der Modellsimulator simuliert die Bewegung eines virtuellen beweglichen Objekts 5, beispielsweise eines Hubschraubers 5. In Figur 4 ist auf dem Bildschirm des Computers 320 zusätzlich zu dem virtuellen Objekt 5 eine virtuelle Fernsteuerung zu sehen, wie sie häufig bei Modellsimulatoren vorkommt. Der Computer 320 stellt im Rahmen des Systems 3 eine Instanz 32 für das haptische Bediengerät 31 dar, indem er über einen Signaleingang 12 des haptischen Bediengeräts 31 zweite Steuersignale S2 für die Regelung der Verstellpositionen der Bedienelemente 10 bereitstellt. In einem herkömmlichen Betriebsmodus eines Modellsimulators verstellt der zweite Bediener B2 die Steuerknüppel 10 seiner Fernsteuerung 1 . Die Verstellpositionen der Steuerknüppel 10 werden über einen ersten Signalausgang 16 als erste Steuersignale S1 an den Computer 320 übermittelt. Im Rahmen des Modellsimulators werden die ersten Steuersignale S1 in entsprechende Verstellpositionen der auf dem Monitor abgebildeten virtuellen Fernsteuerung sowie in eine Steuerung der Bewegung des virtuellen Objekts 5 umgesetzt.
Das erfindungsgemäße System 3 ermöglicht einen neuen Betriebsmodus, in welchem der zweite Bediener B2 eine von einem erfahrenen Piloten und dritten Bediener B3 bereits zuvor eingesteuerte und in einer Datenbank 322 des Computers 320 abgespeicherte Flugsequenz (z. B. ein besonders schwieriges Flugmanöver) in den Modellsimulator laden kann. Dabei kann das Hochladen der Flugsequenz auch beispielsweise über eine Internetplattform erfolgen. Wenn der zweite Bediener B2 auf der Ebene des Modellsimulators die geladene Flugsequenz startet, werden die Steuerknüppel 10 seines haptischen Bediengeräts 31 präzise nach den abgespeicherten Vorgaben der Flugsequenz bewegt. Dies kann, insbesondere in Verbindung mit anderen abgespeicherten Parametern, wie einem Modelltyp, simulierten Windverhältnissen etc., zu einer realistischen Erfahrung gespeicherten Flugsequenz wird von der virtuellen Fernsteuerung in Form von zweiten Steuersignalen S2 an den Signaleingang 12 des haptischen Bediengeräts 31 gesendet und führt dort über die Regelungseinheit 13 zur Ansteuerung des Stellantriebs 1 1 und letztlich der Bedienelemente 10. Somit kann der zweite Bediener B2 die korrekte Auslenkung der Steuerknüppel 10 für die schwierige Flugsequenz ergänzend zur visuellen Wahrnehmung der virtuellen Fernsteuerung an den Steuerknüppeln 10 haptisch nachvollziehen. Denkbar sind dabei auch Mischformen der beiden beschriebenen Betriebsmodi, bei denen der zweite Bediener B2 einerseits die Möglichkeit hat, das virtuelle Objekt 5 selbst manuell zu steuern, andererseits aber noch über das haptische Feedback der virtuellen Fernsteuerung sanft geführt wird. So kennt die virtuelle Fernsteuerung aufgrund der Flugsequenz-Datenbank 322 den optimalen Steuerungsablauf und kann diesen mit den manuellen Fernsteuerbewegungen des zweiten Bedieners B2 vergleichen. Wenn die Abweichungen von den optimalen Fernsteuerbewegungen zu groß werden, kann mit dem Stellantrieb 1 1 eine entsprechende Gegenkraft F und/oder ein entsprechendes Gegendrehmoment M auf die Steuerknüppel 10 des haptischen Bediengeräts 31 erzeugt werden.
Denkbar ist in Bezug auf visuelles Feedback auch ein sogenannter Split-Screen-Ansatz, wobei beispielsweise in einer linken Bildschirmhälfte das optimal von der virtuellen Fernsteuerung gesteuerte virtuelle Objekt 5 gezeigt wird und auf der rechten Bildschirmhälfte das manuell von dem zweiten Bediener B2 gesteuerte virtuelle Objekt 5. Zusätzlich zu den Abweichungen in den Bewegungen der beiden virtuellen Objekte 5 können dabei auch die Abweichungen der Verstellpositionen der Steuerknüppel 10 der virtuellen Fernsteuerung einerseits und des haptischen Bediengeräts 31 andererseits grafisch animiert und am Ende des simulierten Fluges ausgewertet werden. Ein Integral über die Abweichungen der Verstellpositionen über die Dauer des simulierten Fluges wäre ein erster Anhaltspunkt für die Ausführungsqualität und den Lernerfolg des Modellflugschülers B2.
Gemäß einer weiteren Variante des Ausführungsbeispiels der Figur 4 können zwei Modellsimulationen mit ihren jeweiligen Bedienern (beispielsweise ein erster Bediener B1 als Modellfluglehrer und ein zweiter Bediener B2 als Modellflugschüler) live und zeitsynchron über das Internet 321 gekoppelt sein. Dieses Modellfluglehrer/Modellflugschüler-Szenario ist analog zu dem mit Bezug auf Figur 3 Wetterunabhängigkeit der beiden Bediener B1 , B2.
Die beiden haptischen Bediengeräte 31 sind hierbei nicht per Funk oder Kabel miteinander verbunden sondern jeweils über einen Modellsimulator, der auf einem Computer 320 ausgeführt wird, wobei die Computer 320 wiederum über das Internet 321 miteinander gekoppelt sind. Obwohl es sich physisch um zwei verschiedene Fernsteuerungen 1 des ersten Bedieners B1 und des zweiten Bedieners B2 handelt, bleibt durch die Kopplung nur noch eine logische virtuelle Fernsteuerung sowie ein logisches virtuelles Objekt 5 übrig, welches beide Bediener B1 , B2 sehen und fernsteuern können.
Der Bediener B1 kann dabei als Modellfluglehrer dominant die virtuelle Fernsteuerung mit seinem haptischen Bediengerät 31 ansteuern, was wiederum zum Steuern des virtuellen Objekts 5 führt. Beispielsweise per Headset-Kommunikation kann der erste Bediener B1 dem zweiten Bediener B2 das Kommando geben, die Fernsteuerung zu übernehmen (ganz wie Pilot und Copilot im Cockpit einer manntragenden Maschine per Helm-Mikrofon und Kopfhörer kommunizieren). Der zweite Bediener B2 kann daraufhin die einzige logische virtuelle Fernsteuerung und darüber das virtuelle Objekt 5 steuern. Dabei werden die Verstellpositionen der Steuerknüppel der virtuellen Fernsteuerung über das Internet 321 zum haptischen Bediengerät 31 des ersten Bedieners B1 gesendet und bewirken dort eine entsprechende Auslenkung der Steuerknüppel 10.
Die Figur 5 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Systems 3 für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen. Dabei können gleichzeitig viele Zuschauer (sowohl reale als auch virtuelle über das Internet 321 ) eine Modellflugvorführung eines Wettbewerbs- bzw. Showpiloten haptisch nachfühlen und dementsprechend „live" miterleben.
Ein Showpilot steuert in diesem Ausführungsbeispiel als erster Bediener B1 ein reales Modellflugzeug 5. Dabei werden die Steuerknüppelbewegungen und damit die zum Fernsteuern des Modellflugzeugs 5 erforderlichen Steuersignale S2 an haptische Bediengeräte 31 realer, bei der Flugveranstaltung anwesender Zuschauer B2 übertragen. In Abhängigkeit der zweiten Steuersignale S2 werden die Steuerknüppel 10 der haptischen Bediengeräte 31 , welche beispielsweise als Fernsteuerungen 1 oder Fernsteuerungsattrappen 7 verwirklicht sein können bewegt, wodurch für die Zuschauer B2 ein Nachfühlen des Showfluges ermöglicht wird. Zusätzlich zu den realen Zuschauern B2 vor Ort kann das zweite Steuersignal S2 des Show- bzw. Wettbewerbspiloten auch über eine Internetplattform 321 an eine interessierte weltweite Community übertragen werden. Virtuelle Zuschauer B2 können dann beispielsweise mittels einer auf ihrem Heim-PC 320 zu installierenden Software und eines an den Heim-PC 320 anzuschließenden haptischen Bediengeräts 31 den Showflug„live" oder aber auch zeitversetzt nachfühlen und miterleben. Die hierzu erforderlichen Bild- sowie Steuersignale S2 müssen dabei von der Internetplattform 321 zeitsynchron, z. B. mittels eines Streaming-Verfahrens, übertragen werden. Die zu installierende Software auf dem Heim PC 320 dekodiert aus dem Stream dann wieder die zur Ansteuerung des haptischen Bediengeräts 31 notwendigen Eingangssignale S2
Eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Systems 3 ist in Figur 6 schematisch dargestellt. Dabei steuert ein Bediener B mit einer Fernsteuerung 1 , die ein haptisches Bediengerät 31 verwirklicht, ein reales fernsteuerbares Objekt 5, wie zum Beispiel einen Modellhubschrauber. An dem Objekt 5 ist eine Telemetrieeinheit 51 angeordnet, welche mit einer Telemetriesensorik 510 aktuelle Betriebsdaten wie eine Flughöhe, eine Fluggeschwindigkeit, eine Rotordrehzahl, eine Akkukapazität etc. erfassen und über einen Telemetriesender 51 1 an die Fernsteuerung 1 des Bedieners B funken kann. Konventionell werden derartige Telemetriedaten einem Bediener B visuell oder per Sprache vermittelt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Fernsteuerung 1 des Bedieners B und die Telemetrieeinheit 51 des Objekts 5 ein erfindungsgemäßes System 3 verwirklichen, wobei das Objekt 5 mit der Telemetrieeinheit 51 eine Instanz 32 für die Fernsteuerung 1 als haptisches Bediengerät 31 darstellt.
Der Bediener B steuert das fernsteuerbarer Objekt 5 über die Steuerknüppel 10 seiner Fernsteuerung 1 . Dabei werden die ersten Steuerungssignale S1 über den ersten Signalausgang 16 an einen Empfänger 52 des fernsteuerbaren Objekts 5 gefunkt. In der Folge werden die erste Steuersignale S1 in Bewegungen einzelner Servos (Rudermaschinen) 53 des fernsteuerbaren Objekts 5 umgesetzt, welche letztlich das Objekt 5 physisch steuern.
Basierend auf bestimmten Flugzuständen bzw. Flugbedingungen (zum Beispiel eine zu geringe Rotordrehzahl, zu geringe Höhe, zu geringe Akkukapazität etc.) kann die Telemetriesensorik 510 Alarm geben und den Telemetriesender 51 1 veranlassen, zweite Steuersignale S2 an den Signaleingang 12 des haptischen Bediengeräts 31 zu senden, oder Steuerknüppel 10 in bestimmte Verstellpositionen zu bringen. Beispielsweise kann auf diese Weise mit einem Flugzustandsschalter 10 automatisch eine andere Rotordrehzahl eines Modellhubschraubers 5 ausgewählt werden. Im Falle eines Modellflugzeugs 5 kann z. B. ein drohender Strömungsabriss („Stall" aufgrund zu geringer Anströmgeschwindigkeit oder zu hohen Anstellwinkels einer Tragfläche) ein rettendes „Drücken" des Höhenruder-Knüppels bewirken.
Dabei muss der Bediener B nicht tatenlos zuschauen Eine automatische Steuerknüppelposition wird vielmehr nur dann von der Stelleinheit 1 1 angefahren, wenn er nicht genügend manuelle Haltkräfte oder Haltedrehmomente aufbringt, um gegen eine einstellbare Maximalkraft bzw. ein einstellbares Maximaldrehmoment des Stellantriebes 1 1 halten zu können. In jedem Fall kann der Bediener B die Vorgaberichtung der automatischen Korrektur durch die Telemetrieeinheit 51 des fernsteuerbaren Objektes 5 spüren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 3 ist im Zusammenhang mit einer Multikopter-Drohne denkbar, welche autark per GPS vorgegebene Positionen (sogenannte„Waypoints") abfliegt. Wenn ein Bediener B einen solchen autonomen Flugmodus startet, können mit einem erfindungsgemäßen System 3 die von einem Flight Computer der Multikopter-Drohne 5 errechneten Steuerimpulse (zum Erreichen der Waypoints) über einen Telemetriesender 51 1 der Multikopter-Drohne 5 an ein haptisches Bediengerät 31 des Bedieners B gesendet werden, sodass die Steuerknüppel 10 des haptischen Bediengeräts 31 wie bei einem Autopiloten gesteuert werden. Es ist dabei auch ein Szenario denkbar, in welchem keine Betätigung eines Schalters mehr zum Verlassen des Autopilotenmodus erforderlich ist, sondern der Bediener B, beispielsweise in einem Notfall, lediglich in die Steuerknüppel 10 greifen muss, um wieder die Kontrolle über die Multikopter-Drohne 5 zu übernehmen. Eine Abweichung der Verstellpositionen der Steuerknüppel 10 des haptischen Bediengeräts 31 von den durch den Flight Computer errechneten optimalen Verstellpositionen kann dabei als Indikator für das Verlassen des Autopiloten-Modus verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann bei einer erfindungsgemäßen Fernsteuerung 1 durch die vorgesehene Regelungseinheit 13 in Verbindung mit dem Stellantrieb 1 1 eine manuelle Betätigung eines Steuerknüppels 10 zum Ausführen präziser Steuerknüppelbewegungen („Stickmoves") unterstützt und erleichtert werden. exakten biomotohschen Ausführen von bestimmten Stickmoves durch einen Bediener B in unerwünschter Weise entgegenwirken. Dazu zählt ein Wirkrichtungswechsel einer mechanischen Rückstellkraft beim Durchlaufen der Zentrierposition (d.h. der Position, die der Steuerknüppel nach Loslassen des Steuerknüppels 10 einnimmt). Ferner weisen die vier Quadranten-Bedienflächen eines herkömmlichen Steuerknüppels 10 im Allgemeinen im Vergleich zu den orthogonalen Steuerachsen unterschiedliche Rückstellkräfte auf. So fällt eine Bewegung entlang der Hauptachseln („hoch", „runter",„links",„rechts") einem Bediener leichter als eine diagonale Bewegung. Der Grund hierfür sind die Anzahl und Kennlinien der jeweils beteiligten Rückstellfedern 1 13. Deshalb ist es beispielsweise sehr schwer mit dem Steuerknüppel eine saubere Kreisbahn zu beschreiben.
Bei einer erfindungsbemäßen Fernsteuerung 1 können Stellantriebe 1 1 die Kennlinien der Rückstellfedern nach individuellen Vorgaben überlagern. Möglich ist z. B., jeder Position des Steuerknüppels einen Wert für eine gewünschte Rückstellkraft F in Richtung eines frei wählbaren Zentrierpunktes vorzugeben. Haben beispielsweise in der Folge die Punkte einer Kreisbahn um den mittigen Zentrierpunkt herum gleichmäßig die Rückstellkraft Null, ist ein Bewegen des Steuerknüppels 10 auf dieser rückstellkraftlosen Kreisbahn innerhalb des Verstellbereichs V ohne viel Übung möglich.
Grundsätzlich können die mechanischen Rückstellfedern 1 13 auch komplett durch die Regelungseinheit 13 und den Stellantrieb 1 1 , z. B. elektromotorisch, nachgebildet und demzufolge bei der Konstruktion einer Fernsteuerung 1 eingespart werden. Es kann jedoch aus Sicherheitsgründen vorteilhaft sein, mechanische Rückstellfedern 1 13 dennoch beizubehalten, so dass beim Ausfall eines Stellantriebs 1 1 immer noch ein Zentrieren des Steuerknüppels 10 auf mechanischem Weg erfolgt.
Ferner ist beispielsweise die Erzeugung einer gleich großen Rückstellkraft F in allen Richtungen möglich. Zudem kann ein unerwünschtes gedämpftes Schwingen des Steuerknüppels 10 um die Zentrierposition herum beim schlagartigen Loslassen aus einer weiten Auslenkung vermieden werden. Zusammenfassend sind mittels der Regelungseinheit 13 und des Stellantriebs 1 1 situations- und zustandsbedingt die Wirkung und Eigenschaften eines Steuerknüppels 10 modifizierbar. Fernsteuerung
-1 Erste Fernsteuerung -2 Zweite Fernsteuerung 0 Bedienelement
1 Stellantrieb
10 Motor
1 1 Spindel
12 Riemen
13 Rückstellfeder
2 Signaleingang
3 Regelungseinheit 4 Zweiter Signalausgang 5 Sensoreinheit
16 Erster Signalausgang
System
1 Haptisches Bediengerät 2 Instanz
20 Computer
21 Server / Internet 22 Datenbank
5 Objekt
51 Telemetrieeinheit
510 Telemetriesensorik
51 1 Telemetriesender
52 Empfänger
53 Servo
7 Fernsteuerungsattrappe
B Bediener
B1 Erster Bediener
B2 Zweiter Bediener
B3 Dritter Bediener
F Kraft
M Drehmoment
S1 Erste Steuersignale
S2 Zweite Steuersignale S2-2 Zweite Steuersignale für die zweite Fernsteuerung
SF Kraftbezogene Steuersignale
SP Positionsbezogenen Steuersignale
SR Feedbackkanal
V Verstellbereich

Claims
Fernsteuerung (1 ) für ein reales oder virtuelles bewegliches Objekt (5), mit
- mindestens einem Bedienelement (10), welches zum Erzeugen erster Steuersignale (S1 ), die sich auf eine Bewegung des Objekts (5) beziehen, manuell zwischen mehreren Verstellpositionen verstellbar ist, wobei ein Verstellbereich (V) Grenzen der manuellen Verstellbarkeit des mindestens einen Bedienelements (10) definiert,
- mindestens einem Stellantrieb (1 1 ), der ausgebildet und eingerichtet ist, das mindestens eine Bedienelement (10) zwischen den Verstellpositionen zu verstellen, und
- mindestens einer Regelungseinheit (13), die ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen Stellantrieb (1 1 ) zu steuern und mittels des mindestens einen Stellantriebs (1 1 ) die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln, wobei der Verstellbereich (V) Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen definiert.
Fernsteuerung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bedienelement (10) unter überlagerten Wirkungen des mindestens einen Stellantriebs (1 1 ) einerseits und einer manuellen Betätigung andererseits zwischen den Verstellpositionen verstellbar ist.
Fernsteuerung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (1 1 ) ausgebildet und eingerichtet ist, das mindestens eine Bedienelement (10) zum Verstellen der Verstellposition mit einer Kraft (F) und/oder einem Drehmoment (M) zu beaufschlagen, wobei Grenzen der Kraft (F) und/oder des Drehmoments (M) mittels der mindestens einen Regelungseinheit (13) variabel einstellbar sind.
Fernsteuerung (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellpositionen des mindestens einen Bedienelements (10) in dem Verstellbereich (V) kontinuierlich verteilt sind.
Fernsteuerung (1 ) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (5) ein reales unbemanntes Landfahrzeug, Wasserfahrzeug und/oder Luftfahrzeug ist. gekennzeichnet, dass das Objekt (5) ein reales fernsteuerbares Modellfahrzeug für den Betrieb zu Land, zu Wasser und/oder in der Luft, insbesondere ein fernsteuerbares Modellflugzeug oder ein fernsteuerbarer Modellhubschrauber, ist.
Fernsteuerung (1 ) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
- eine Sensoreinheit (15) zum Erfassen der Verstellposition, in welcher sich das mindestens eine Bedienelement (10) befindet, sowie zum Übersetzen der erfassten Verstellposition in zweite Steuersignale (S2, S2-1 , S2-2), und
- einen zweiten Signalausgang (14) zur Ausgabe der zweiten Steuersignale (S2, S2-1 , S2-2).
Fernsteuerungsattrappe (7) nach Art einer Modellfernsteuerung mit
- mindestens zwei Bedienelementen (10), welche als Steuerknüppel ausgebildet sind und entsprechend den Verstellpositionen der Steuerknüppel einer Modellfernsteuerung zwischen mehreren Verstellpositionen innerhalb eines Verstellbereichs (V) verstellbar sind,
- mindestens einem Stellantrieb (1 1 ) je Bedienelement (10), wobei der Stellantrieb (1 1 ) ausgebildet und eingerichtet ist, das jeweilige Bedienelement (10) zwischen den Verstellpositionen zu verstellen, und
- mindestens einer Regelungseinheit (13), die ausgebildet und eingerichtet ist, den mindestens einen Stellantrieb (1 1 ) je Bedienelement (10) zu steuern und mittels des mindestens einen Stellantriebs (1 1 ) die Verstellposition des jeweiligen Bedienelements (10) bezüglich einer Soll-Verstellposition zu regeln, wobei der Verstellbereich (V) Grenzen der möglichen Soll-Verstellpositionen definiert.
9. System (3) für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen, mit
- mindestens einem haptischen Bediengerät (31 ), umfassend
- eine Fernsteuerung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, und/oder
- eine Fernsteuerungsattrappe (7) nach Anspruch 8, und
- mindestens einer Instanz (32) zum Bereitstellen zweiter Steuersignale (S2, S2- 1 , S2-2), aus denen eine Soll-Verstellposition des mindestens einen
Bedienelements (10) des mindestens einen haptischen Bediengeräts (31 ) ableitbar ist, wobei die zweiten Steuersignale (S2, S2-1 , S2-2) von der des mindestens einen haptischen Bediengeräts (31 ) übermittelbar sind.
10. System (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Instanz (32) eine Fernsteuerung (1 ) nach Anspruch 7 umfasst.
11. System (3) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Instanz (32) einen Computer (320) und/oder einen Server (321 ), insbesondere mit einer auf dem Computer (320) und/oder dem Server (321 ) installierten Modellsimulationssoftware, umfasst.
12. System (3) nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine haptische Bediengerät (31 ) eine Fernsteuerung (1 ) für ein reales bewegliches Objekt (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst, wobei das Objekt (5) eine Telemetrieeinheit (51 ) zum Erfassen von Messdaten aufweist, und dass die Instanz (32) die Telemetrieeinheit (51 ) umfasst, wobei die zweiten Steuersignale (S2, S2-1 , S2-2) aus den Messdaten ableitbar sind.
13. Verfahren für die haptische Vermittlung von Fernsteuerbewegungen, welches unter Verwendung eines Systems (3) nach einem der Ansprüche 9 bis 12 die folgenden
Schritte umfasst:
- Bereitstellen der zweiten Steuersignale (S2, S2-1 , S2-2) durch die mindestens eine Instanz (32), wobei die zweiten Steuersignale (S2, S2-1 , S2-2) eine jeweilige Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) des mindestens einen haptischen Bediengeräts (31 ) betreffen;
- Übermitteln der zweiten Steuersignale (S2, S2-1 , S2-2) von der Instanz (32) an das mindestens eine haptische Bediengerät (31 ); und
- Regelung der Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) des mindestens einen haptischen Bediengeräts (31 ) bezüglich der jeweiligen Soll- Verstellposition mittels der mindestens einen Regelungseinheit (13) und des mindestens einen Stellantriebs (1 1 ).
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bedienelement (10) von dem mindestens einen Stellantrieb (1 1 ) zum Verstellen der Verstellposition mit einer umso größeren Kraft (F) und/oder mit einem umso größeren Drehmoment (M) beaufschlagt wird, je weiter die Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) von der jeweiligen Soll-Verstellposition abweicht.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung zwischen der Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) und der jeweiligen Soll-Verstellposition das mindestens eine Bedienelement (10) durch den mindestens einen Stellantrieb mit einer umso größeren Kraft (F) und/oder mit einem umso größeren Drehmoment (M) beaufschlagt wird, je größer eine Kopplungsstärke für das mindestens eine Bedienelement (10) gewählt wird, wobei die Kopplungsstärke an dem mindestens einen haptischen Bediengerät (31 ) und/oder an der mindestens einen Instanz (32) eingestellt wird.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Fernsteuerungen (1 -1 , 1 -2) nach Anspruch 7 verwendet werden, wobei
- einerseits eine erste Fernsteuerung (1 -1 ) als eine erste Instanz (32-1 ) für eine zweite Fernsteuerung (1 -2) als ein erstes haptisches Bediengerät (31 -1 ) verwendet wird, wobei die Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) der zweiten Fernsteuerung einer Verstellposition eines entsprechenden Bedienelements (10) der ersten Fernsteuerung (1 -1 ) entspricht, und
- andererseits die zweite Fernsteuerung (1 -2) als eine zweite Instanz (32-2) für die erste Fernsteuerung (1 -1 ) als ein zweites haptisches Bediengerät (31 -2) verwendet wird, wobei die Soll-Verstellposition des mindestens einen Bedienelements (10) der ersten Fernsteuerung (1 -1 ) einer Verstellposition eines entsprechenden Bedienelements (10) der zweiten Fernsteuerung (1 -1 ) entspricht.
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