원격 제어식 운송수단의 시뮬레이션과 제어를 조합하여 수행하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR THE COMBINED SIMULATION AND CONTROL OF REMOTE-CONTROLLED VEHICLES}

본 발명은 원격 제어식 운송수단(vehicle)의 시뮬레이션과 제어를 조합하여 수행하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

비행 시뮬레이터 또는 운송수단 시뮬레이터는 안전성을 증가시키고 실생활 비행을 위한 훈련 비용을 감소시킨다. 무경험의 훈련 조종사가 비행을 배우거나 경험이 거의 없는 조종사가 새로운 운송수단 또는 새로운 기술과 관련된 작동 절차에 대해 교육을 받을 때, 안전 측면이 향상된다.

본 출원인으로부터 비롯된 독일특허공보 제 10 2010 035 814 B3 호는, 특히 실감형의 비행 시뮬레이터(particularly realistic flight simulator)를 작동하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 그 특허에 기재된 장치 및 대응하는 방법은, 3 차원 현실에서 이동하는 운송수단, 특히 비행체(flying machine)를 제어하는 것을 배우기 위한 특히 실감형의 시뮬레이터의 작동이 이뤄지도록 하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 목적에 기반을 둔다. 학습 과정 동안 참석한 트레이너가 그의 제자의 학습 진도 및 분투를 객관적으로 감시할 수 있는 것이 가능하도록 또한 의도된다. 이 목적을 달성하기 위해, 청구항 1 에 따라, 3 차원 현실에서 이동하는 운송수단을 제어하는 법을 배우기 위한 특히 실감형의 시뮬레이터를 작동하기 위한 장치가 청구된다. 이 장치는, 이착륙 장치(undercarriage)로서 설계될 수도 있는 지지 장치(supporting device)에 의해서 지상에 연결된 6축 산업용 로봇을 포함하는 실생활 작동 요소를 갖는 시뮬레이션 되는 비행체를 모사하는 운송수단 캐빈(vehicle cabin)과, 시뮬레이션 된 외측 조망(outside view)의 전송을 위해 제공되는 운송수단 캐빈의 윤곽을 모사하는 디스플레이를 포함한다. 이 장치는 하기의 특징을 갖는다:

a) 6축 산업용 로봇(1)에의 연결에 더하여, 운송수단 캐빈(4)은, 종 방향 병진 이동용 장치(5) 상에 직각으로 이동 가능하게 장착되는 횡 방향 병진 이동용 장치(6)에 의해서 지상에 연결되고, 산업용 로봇(1)의 이동과 관계없이 두 장치(6, 5)의 결합된 가속 이동이 가능하게 됨,

b) 운송수단 캐빈(4)의 윤곽을 모사하는 디스플레이가 OLED 기술을 기반으로 생산됨,

c) 인공 연기(12)를 발생시키고, 이동을 교란시키고, 음향 및 조명 효과(14)를 발생시키기 위한 제어 가능한 설비(controllable installations)가 실제로 발생하는 위험한 상황을 시뮬레이션 하기 위해 제공됨,

d) 피부 저항(10)을 감지하고 개인의 움직임 및 형상(physiognomy)(16)을 탐지하기 위한 제어 가능한 설비가 인간의 스트레스 반응을 감지하기 위해 제공됨,

e) 운송수단 캐빈의 실제 움직임을 감지하기 위한 센서(17),

f) 시뮬레이터를 외부에서 작동 및 제어하기 위한 설비로서, 또한 훈련 조종사의 반응을 기록함.

더욱이, 마찬가지로 본 출원인으로부터의 독일특허공보 제 10 2010 053 686 B3 호는 운송수단 시뮬레이터 또는 비행 시뮬레이터의 사용자를 위한 자율적인 안전 시스템 및 이러한 시뮬레이터의 안전한 사용 방법을 개시한다. 이는 운송수단 또는 항공기의 작동에 대한 기술적 지식의 전달 뿐만 아니라 기술적 결함 또는 사고의 경우 비행 시뮬레이터 사용자의 안전 또한 우선 사항이 되게 하는 장치 및 방법을 제공하는 목적에 기반을 둔다.

청구항 1 에서, 이러한 관점에서 하기의 것이 청구된다.

6축 로봇에 의해 작동되는 시뮬레이션 운전석(simulation cockpit)(3)의 형태의 운송수단 시뮬레이터 또는 비행 시뮬레이터의 사용을 위한 자율적인 안전 시스템으로서, 다음의 특징을 갖는다:

a) 접근 영역으로서, 오로지 권한이 있는 사람에게만 개방되고 안전 구속부(safety confinement)(9)의 모든 코너에서 감시용 센서(monitoring sensor)로 다중 보호됨,

b) 주행 레일(running rail)(14) 상에서 운송수단 시뮬레이터의 작동 영역의 모든 위치로 이동할 수 있고, 구조 플랫폼(rescue platform)(25), 난간(railing)(24), 및 구조 슈트(rescue chute)(26)를 갖는 구조 유닛(rescue unit)(13),

c) 전체 작동 영역 내에 설치되며, 운전석(3)의 전체 작동 영역에 걸쳐서 연장되는 충격 흡수면(shock-absorbent surface),

d) 다단계(multiple levels)로 구성된 투사 영역(projection area)(33, 34).

그러나, 매우 실감형으로 보이더라도, 각각의 시뮬레이션 작동을 위해 운송수단 캐빈 안으로 전송되는 작동 데이터는 운송수단의 실생활 작동 동안 발생하는 것과 같은 작동 데이터와 상이하다. 이는, 실생활 조종사가 운송수단 캐빈 내에서 정상적으로 시뮬레이션 되는 것보다 그의 인체 감각으로 훨씬 더 의식적으로 또는 잠재의식적으로 감지하기 때문이다. 이는, 드론(drones)으로 알려진, 자율적인 비행체가 진짜 비행 기동(flying maneuvers)에 실제로 착수한 조종사에 의해 제어되는 경우에 특히 명백해진다.

따라서 본 발명은, 특히 실제로 발생하는 운송수단 움직임에 관해서, 조종사 각각을 위한 현실성(realism)의 정도가 대폭 증가되는, 운송수단 움직임을 시뮬레이션 하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 목적에 기반을 둔다.

본 발명은 하기에 언급된 청구항 1 내지 8의 특징에 의해 달성된다.

청구항 1:

시뮬레이터에서 원격 제어식 운송수단의 시뮬레이션과 제어를 조합하여 수행하기 위한 장치로서, 이착륙 장치로서 설계될 수도 있는 지지 장치에 의해서 지상에 연결된 6축 산업용 로봇을 포함하는 실생활 작동 요소를 갖는 제어대상 운송수단을 모사하는 운송수단 캐빈과, 시뮬레이션 된 외측 조망의 전송을 위해 제공되는 운송수단 캐빈의 윤곽을 모사하는 디스플레이를 포함하고,

a) 제어대상 운송수단의 광학 데이터를 수신하기 위한 수신 유닛,

b) 제어대상 운송수단의 음향 데이터를 수신하기 위한 수신 유닛,

c) 이동-관련(movement-relevant) 데이터의 양방향 전송을 위한 전송 및 수신 유닛,

d) 시뮬레이터의 사용자에 의해 기계적으로 발생되고 수학적 모델에 의해 처리되는 신호를 운송수단의 제어부(controls)에 전송하는 제어 유닛,

e) 사용자의 머리(head)의 위치를 감지하기 위하여 사용자의 머리 영역 내에 설치되는 센서 유닛으로서, 그것의 데이터는 조망 방향(viewing direction) 및/또는 디스플레이 상에 표시되는 조망 시점(viewing perspective)에 영향을 미치는, 센서 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는

원격 제어식 운송수단의 시뮬레이션과 제어를 조합하여 수행하기 위한 장치;

청구항 2:

제 1 항에 있어서,

상기 제어부가 육지에서, 바다에서 그리고 공중에서 운송수단을 위해 사용될 수도 있는 것을 특징으로 하는

원격 제어식 운송수단의 시뮬레이션과 제어를 조합하여 수행하기 위한 장치;

청구항 3:

제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

후각(olfactory) 및/또는 미각-특이적(taste-specific) 데이터를 수신하기 위한 수신 유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는

원격 제어식 운송수단의 시뮬레이션과 제어를 조합하여 수행하기 위한 장치;

청구항 4:

시뮬레이터에서 원격 제어식 운송수단의 시뮬레이션과 제어를 조합하여 수행하기 위한 방법으로서, 이착륙 장치로서 설계될 수도 있는 지지 장치에 의해서 지상에 연결된 6축 산업용 로봇을 포함하는 실생활 작동 요소를 갖는 제어대상 운송수단을 모사하는 운송수단 캐빈과, 시뮬레이션 된 외측 조망의 전송을 위해 제공되는 운송수단 캐빈의 윤곽을 모사하는 디스플레이가 제공되고,

a) 광학(optics), 동역학(movement kinematics), 및 음향학(acoustics)의 영역으로부터의, 센서에 의해 결정되는, 전류 데이터를 제어대상 운송수단으로부터 시뮬레이터의 사용자에게 전송되고,

b) 시뮬레이터의 사용자가 결과적으로 운송수단의 이동과 연관된 과정에 대해서 실생활의 조종사와 사실상 동일한 인상을 받고, 그의 경험 및/또는 직관에 따라 실제 상황에 반응할 수 있고,

c) 시뮬레이터의 사용자의 반응의 태도가 기계적으로 픽업된 신호(picked-up signals)로 전환되고, 수학적 모델에 의해 처리되고, 제어대상 운송수단에 전송되고, 그곳에서 실생활 제어 과정으로 전환되고,

d) 사용자의 머리 영역 내에 설치된 센서 유닛이 머리의 위치를 감지하기 위해 제공되고, 그것의 데이터는 조망 방향 및/또는 디스플레이 상에 표시되는 조망 시점에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는,

원격 제어식 운송수단의 시뮬레이션과 제어를 조합하여 수행하기 위한 방법;

청구항 5:

제 4 항에 있어서,

상기 제어부가 육지에서, 바다에서 그리고 공중에서 운송수단을 위해 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는

원격 제어식 운송수단의 시뮬레이션과 제어를 조합하여 수행하기 위한 방법;

청구항 6:

제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

운송수단으로부터의 후각 및/또는 미각-특이적 데이터의 전송이 제공되는 것을 특징으로 하는

원격 제어식 운송수단의 시뮬레이션과 제어를 조합하여 수행하기 위한 방법;

청구항 7:

프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 방법 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드를 갖는

컴퓨터 프로그램;

청구항 8:

프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램의 프로그램 코드를 갖는

기계로 판독 가능한 캐리어(carrier).

본 발명은, 사용자가 마치 그가 실제로 각각의 운송수단의 조종사가 된 것처럼 느낄 수 있도록, 실생활에서 이동하는 운송수단으로부터 중요 데이터의 전송을 사용하는 아이디어에 기반을 둔다. 육지에서, 바다에서 그리고 공중에서 보통 사용되는 모든 운송수단은 본 발명에서 운송수단으로 적용된다.

본 발명은 하기에서 더욱 상세하게 설명된다.

항공기는 공중에서 제어하고 유지하기가 명백히 가장 어렵기 때문에, 본 발명은 항공기의 사례를 사용함으로써 설명된다. 민간 영역에서조차, 무인 항공기 시스템이 영공을 점점 더 차지하고 있다. 따라서, 이러한 비행 물체가 독일의 새로운 항공 교통법(air traffic act)의 최종 버전으로도 언급되고 있다. 군사 영역에서 드론(drones)으로 보통 알려진, 이러한 비행 물체는 사람이 어렵게 겨우 접근하는 위치로 비행할 수 있고, 보통 헬리콥터보다 싸고 안전하다. 위성과 비교하여, 그들은, 그들이 날아서 특정 지역을 직접적으로 그리고 더 가깝게 조사할 수 있을 뿐만 아니라 소기의 성과를 달성할 때까지 그렇게 계속 할 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나, 이러한 유형의 보통 사용되는 비행 물체를 위한 적재하중(payload)은 제한되고, 따라서 그들의 사용 영역이 여전히 다소 제한된다. 그러나 이런 유형의 더 큰 무인 항공기 시스템이 현재 여전히 조종사를 요구하지만, 조종사의 무게는 결국 부정적인 요소이다. 이것 외에도, 민간 영역에서조차 인명 손실을 초래할 수도 있는 작동(operations)이 있다.

이 문제는 본 발명에 따라, 제어대상 운송수단으로부터, 예를 들어 무인 항공기 시스템으로부터, 데이터를 수신하기 위해 갖춰진 유닛을, 명세서의 서론 부분에서 언급된 것과 같은 이미 존재하는 비행 시뮬레이터에 추가적으로 구비시키는 것에 의해서 해결된다. 이러한 방식으로, 이러한 시뮬레이터의 사용자는, 실생활 이동 중에 운송수단을 제어하는데 필요한 비행 데이터를, 사실상 실시간으로 얻을 수 있게 된다. 이러한 능동 제어에 필요한 보정 데이터를 제어대상 비행 물체에 송출하기 위하여, 시뮬레이터의 영역 내에 배치되는 전송 스테이션(transmitting station)에 의해, 이를 테면 양방향 방식으로 이동-관련 데이터를 비행 물체에 송출하는 것이 추가적으로 제공된다. 이러한 이동-관련 데이터는, 시뮬레이터의 사용자가 종래 방식으로 작동되는 페달 또는 사이드 스틱(side stick)에 의해 발생시키는 기계적 신호에 의해 발생되고, 적절한 수학적 모델 또는 연산에 의해 처리되고, 각각의 운송수단의 제어부에 송출된다. 시뮬레이터 조종사의 경험, 그리고 유사하게 경험으로부터 얻어진 특정한 직관은, 적절한 시기에 정확하게 발생되는 이러한 신호에 반영된다. 광학의, 음향의 또는 상황-의존적인 특징을 갖는, 제어대상 운송수단으로부터 송출된 데이터는, 이러한 방식에서 이러한 종류의 데이터가 특정한 간격으로 또는 일정하게 요청되는 정도까지 양방향 형태만 요구한다.

사용자의 머리 영역에 설치되는 센서 유닛은 머리의 위치를 감지하기 위해 제공되고, 그것의 데이터는 조망 방향(viewing direction) 및/또는 디스플레이 또는 투사 벽(projection wall) 상에 표시되는 조망 시점(viewing perspective)에 영향을 미친다.

복잡한 이동 과정 및 사용된 센서의 신호 처리의 제어는 특별한 제어 프로그램을 요구한다.