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Patent Searching and Data


Title:
HAPTIC AUGMENTED REALITY DEVICE FOR FACILITATING ACTIONS ON A FLYING BOOM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/051056
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a haptic augmented reality device for facilitating actions to control a boom in full flight, allowing the boom to be controlled with a single hand, without the need for any training in what the manoeuvres refer to. In addition, the system not only provides information concerning how the operation is being performed, but also provides assistance, indicating to the boomer when a particular movement is completely prohibited (making the movement impossible) or is not recommendable (making it necessary to apply more force to perform the movement).

Inventors:
ADARVE LOZANO, Alberto (Calle Río Sella, 31b, Madrid, 28023, ES)
Application Number:
ES2016/070701
Publication Date:
March 30, 2017
Filing Date:
October 04, 2016
Export Citation:
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Assignee:
DEFENSYA INGENIERÍA INTERNACIONAL, S.L. (Calle Río Sella, 31b, Madrid, 28023, ES)
International Classes:
G06F3/01; B25J13/02; B64C13/04; B64D39/00; G06T19/00
Foreign References:
US20100200705A12010-08-12
US20140214206A12014-07-31
US20080302916A12008-12-11
EP2280359A12011-02-02
US20080142642A12008-06-19
Other References:
See also references of EP 3361349A4
Attorney, Agent or Firm:
MONZON DE LA FLOR, Luis Miguel (C/ Velázquez 109, 2ºD, Madrid, 28006, ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1 . - Dispositivo de mando de la pértiga para operaciones de repostaje en vuelo mediante pértiga, con control y recepción táctil, basado en tecnología de realidad aumentada háptica que comprende:

- una modelizacion o prototipo de pértiga (1 )

- unos medios de control y accionamiento (2) del que emerge un brazo de transmisión (3) del accionamiento a la modelizacion de la pértiga (1 ). Caracterizado por que los medos de control y accionamiento (2) comprenden:

un primer doble juego de motores (4) que permiten realizar un movimiento horizontal de la modelizacion de la pértiga (1 ).

Un segundo doble juego de motores (5) que permiten un movimiento de cabeceo o de "piten", y que giran respecto a un eje ortogonal al eje de giro del primer juego de motores.

Un contrapeso para equilibrar las fuerzas de ambos juegos de motores.

Unos primeros medios electrónicos (7) para accionamiento y control de los motores (4) y (5), La modelizacion de la pértiga (2) presenta una forma similar a la pértiga real que se pretende manejar y que comprende:

unos segundos medios electrónicos (8) que controlan los elementos que forman parte de la modelizacion de la pértiga

un vibrador (9) alojado en el interior de la modelizacion de la pértiga (8) - una serie de botones (10), (1 1 ) y (12),

un sensor de aceleración (13), y

un imán (14).

- Unos LEDs (15).

Permitiendo todos ellos el control sobre el boom con una sola mano

2. - Conjunto ergonómico y de soporte del dispositivo de mando de la pértiga para operaciones de repostaje en vuelo mediante pértiga, con control y recepción táctil, basado en tecnología de realidad aumentada háptica, definido en la reivindicación 1 caracterizado porque comprende: - una carcasa (16) en cuyo interior se alojan los medios de accionamiento y control (2) del dispositivo háptico y del que emerge la modelización de la pértiga (1 ).

Un reposabrazos (17) colocado bajo la carcasa (16) y unido a ésta mediante unas barras verticales (18), dejando un espacio libre por el que pasar y apoyar un brazo mientras la mano coge la modelización de la pértiga (1 ).

Un base (18) dispuesta bajo el reposabrazos (17) y que está provista de un calibrador de posición (20) y de un conector automático (19). 3.- Sistemade actuación y control de un conjunto de repostaje en vuelo mediante pértiga, en el que está integrado el dispositivo de mando de la pértiga, con control y recepción táctil, basado en tecnología de realidad aumentada háptica, definido en la reivindicación 1 , caracterizado por que comprende:

Un subsistema de información que comprende:

o Base de datos con modelos 3D de todos los elementos necesarios en una operación de repostaje (pértigas, aviones, etcétera), o Sistema experto incluyendo información sobre la operativa (movimientos prohibidos, recomendaciones, etcétera.

Un subsistema de Percepción que comprende:

o Unos medios de Captación de imágenes, que es un sistema redundante a cargo de la captación visual de la información relativa a la operación. Unos medios de captación de información contextual mediante un sistema de sensores que capturan la información del entorno de interés para la operación, siendo algunos o varios de entre los siguientes (Posición GPS de aeronave de recepción, posición GPS de aeronave de recarga, distancia relativa pértiga- receptáculo humedad, temperatura, viento, sensores de movimiento de la pértiga real, etcétera).

Un subsistema de Análisis que permite crear un modelo 3D del estado de la operación en tiempo real, Un subsistema de inteligencia de repostaje, en el que a partir del resultado del análisis efectuado por el subsistema anterior, y utilizando la información del sistema experto en operaciones de repostaje, este subsistema determina y actualiza en tiempo real:

o La secuencia recomendada de movimientos a realizar para llevar a cabo exitosamente la información,

o El conjunto de movimientos a impedir (descompuestos en acciones), o El conjunto de movimientos a dificultar, y en que grado (descompuestos en acciones).

Un subsistema que comprende el dispositivo de mando de la pértiga, con control y recepción táctil, basado en tecnología de realidad aumentada háptica, definido en la reivindicación 1 ,

Un subsistema de retroalimentación cuya misión es producir en el subsistema háptico de control remoto acciones que reflejen tanto el efecto del entorno (e.g. la fuerza del viento sobre el sistema), como las estrategias normativas y recomendadas para realizar la operación (sistema experto de operativa de repostaje).

4.- Sistema según la reivindicación 3 caracterizado porque los medios de captación visual pueden fusionar varios tipos de información visual.

Captación de imágenes con iluminación estructurada: una secuencia de imágenes capturadas con un conjunto de cámaras a una tasa predeterminada de fotogramas por segundo.

Captación de imágenes con cámaras con sensores de tiempo de vuelo (ToF).

Información de cámaras de la instrumentación estándar de aeronaves de recarga. Nuestro sistema permite la conexión de las cámaras ubicadas de forma estándar en estas aeronaves, aptas para la fase inicial de la operación de recarga, cuando la aeronave a repostar está a más de 15 metros de distancia. Esta información se usará para aportar redundancia adicional al sistema

Sistema según la reivindicación 4 caracterizado porque comprende las partes de Retroalimentación pértiga -subsistema háptico que comprende un conjunto de sensores en la pértiga real capta las fuerzas a las que está sometida la pértiga real y convierta estas fuerzas en acciones sobre los motores de control del subsistema háptico.

Retroalimentación subsistema de inteligencia de repostaje -subsistema háptico que determina en tiempo real el conjunto de movimientos a favorecer y a dificultar y en qué grado y traduce el conjunto en una serie de acciones sobre los motores de control del subsistema háptico.

Description:
DISPOSITIVO DE REALIDAD AUMENTADA HAPTICO PARA FACILITAR LAS ACCIONES SOBRE UNA PÉRTIGA DE REPOSTAJE EN VUELO

DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece, un dispositivo de realidad aumentada háptico para facilitar las acciones sobre una pértiga de repostaje en vuelo desde una avión nodriza o tanquero hacia una nave a repostar.

También es objeto de la invención un dispositivo para el control del dispositivo de realidad aumentada háptico. Otro objeto de la invención es el sistema en el que se integra el dispositivo de control del dispositivo de realidad aumentada háptico.

Cuando se realizan las tareas de repostaje en vuelo desde un avión nodriza hacia un avión receptor se emplea una pértiga que parte del avión nodriza y que está provista en su extremo, con lo que se conoce en el sector como "boom", mientras que los especialistas encargados del manejo del boom se conocer como "boomers" u operadores de pértiga, empleando para ello unas palancas de mando denominados "joysticks". Caracteriza al dispositivo de realidad aumentada háptico, así como al dispositivo de control en el que se integra, el hecho de permitir realizar las acciones de control sobre el "boom" y la pértiga con unas sola mano, sin necesidad de entrenamiento en lo que a sus movimientos se refiere. Además el sistema proporciona información y ayuda sobre cómo se está realizando la operación, indicando al operador sin una operación es recomendable o no.

Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los sistemas de control háptico por un lado, y de los sistemas de operaciones de control de repostaje en vuelo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Actualmente, cuando se realizan las tareas de repostaje en vuelo con una pértiga o "boom", los especialistas encargados del manejo de las mismas son conocidos como "boomers" u operadores, empleando unos dispositivos de palanca de mando o "joysticks", para el control de ese elemento de reabastecimiento.

Dichos elementos de control permiten el movimiento de dicho Boom en vertical o en horizontal de forma similar a la usada en los videojuegos para volar en un avión, o dirigir un automóvil. De igual forma, la extracción y retracción de la pértiga o parte extensible del boom, se realiza con otra palanca de mando o joystick que se suele manejar con la mano izquierda. Aunque estos dispositivos empleados son bastante intuitivos, se requiere un entrenamiento previo para que el operario asocie sus movimientos con los del boom a controlar. Como se ha indicado, requieren de ambas manos para manejar el boom de repostaje y no suelen proporcionar al usuario ningún tipo de realimentación sobre cómo se está desarrollando la operación ni sobre las acciones que están o no permitidas ni sobre aquellas recomendadas en el transcurso de un repostaje.

Las palancas de mando o joystick del estado de la técnica empleados para el manejo de las pértigas o booms, son complejos de manejar, debiendo emplear las dos manos, además de requerir un entrenamiento previo, careciendo de medio alguno de indicación de si el movimiento que se pretende realizar está permitido o no.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar un dispositivo que facilite el control y manejo de las pértigas o boom empleadas en el repostaje en vuelo, que pueda ser utilizado con una sola mano y que cuente con medios de indicación de si los movimientos que se pretenden realizar están permitidos o no, desarrollando un dispositivo como el que a continuación se describe y que queda recogido en su esencialidad en la reivindicación primera.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención un dispositivo de realidad aumentada háptico para facilitar las acciones de control de la pértiga en pleno vuelo, permitiendo el control sobre el boom con una sola mano, sin necesidad de alguna de entrenamiento en lo que a sus movimientos se refiere. El sistema, además, no solamente proporciona información sobre cómo se está realizando la operación, sino que también proporciona ayuda, indicando al "boomer" cuándo un movimiento determinado está totalmente prohibido (imposibilitando dicho movimiento) o no es recomendable (haciendo que sea necesario aplicar más fuerza para realizarlo).

Gracias al dispositivo se permite automatizar completa o parcialmente el proceso de repostaje en vuelo. Este dispositivo y el mecanismo de control asociado mejoran radicalmente la situación actual, permitiendo al usuario manejar con una sola mano el boom.

También es objeto de la presente invención el dispositivo de control en el que se integra el dispositivo de realidad aumentada que permite facilitar las acciones sobre una pértiga de repostaje.

El dispositivo háptico y el dispositivo de control se integran en un sistema que ayuda al control y repostaje en vuelo.

El dispositivo háptico comprende:

un primer doble juego de motores que permiten un desplazamiento horizontal de forma semejante a un boom real

un segundo doble juego de motores que permiten un movimiento de cabeceo o de "pitch", y que giran respecto a un eje ortogonal al eje de giro del primer juego de motores.

un contrapeso para equilibrar las fuerzas

un vibrador que en función del tipo y frecuencia de la misma podrá indicar al usuario la existencia de alguna inconveniencia o no a la hora de realizar un movimiento pretendido.

En todos los motores se ha incluido un sensor de posición o decoder con el fin de determinar adecuadamente la posición del motor respecto a su eje de giro. El sistema en el que se integra el dispositivo de control háptico a su vez comprende:

- Subsistema de información que comprende:

o Base de datos con modelos 3D de todos los elementos necesarios en una operación de repostaje (pértigas, aviones, etcétera).

o Sistema experto incluyendo información sobre la operativa

(movimientos prohibidos, recomendaciones, etcétera. Subsistema de Percepción que comprende:

o Medios de Captación de imágenes. Sistema redundante a cargo de la captación visual de la información relativa a la operación. El sistema está preparado para fusionar varios tipos de información visual.

Captación de imágenes con iluminación estructurada: una secuencia de imágenes capturadas con un conjunto de cámaras a una tasa predeterminada de fotogramas por segundo.

Captación de imágenes con cámaras con sensores de tiempo de vuelo (ToF).

Información de cámaras de la instrumentación estándar de aeronaves de recarga. El sistema permite la conexión de las cámaras ubicadas de forma estándar en estas aeronaves, aptas para la fase inicial de la operación de recarga, cuando la aeronave a repostar está a más de 15 metros de distancia. Esta información se usará para aportar redundancia adicional al sistema.

o Captación de información contextual. Sistema de sensores que captura información del entorno de interés para la operación (Posición GPS de aeronave de recepción, posición GPS de aeronave de recarga, distancia relative pértiga- receptáculo humedad, temperatura, viento, sensores de movimiento de la pértiga real, etcétera).

Subsistema de Análisis. Es la parte fundamental de la invención, y permite crear un modelo 3D del estado de la operación en tiempo real (máximo de 2 fotogramas de retardo,) a partir del análisis de los datos proporcionados por el sistema de percepción. En concreto, usando métodos de análisis de imágenes con iluminación estructurada sobre una combinación de las imágenes captadas y la información de la localización del avión receptor, permite realizar un posicionamiento virtual de un modelo 3D del receptor en el entorno del boom.

Subsistema de inteligencia de repostaje. A partir del resultado del análisis efectuado por el subsistema anterior, y utilizando la información del sistema experto en operaciones de repostaje, este subsistema determina y actualiza en tiempo real: La secuencia recomendada de movimientos a realizar para llevar a cabo exitosamente la información.

El conjunto de movimientos a impedir (descompuestos en acciones). El conjunto de movimientos a dificultar, y en que grado (descompuestos en acciones).

- Subsistema háptico de control remoto como el descrito anteriormente

Subsistema de retroalimentación. Su misión es producir en el subsistema háptico de control remoto acciones que reflejen tanto el efecto del entorno (e.g. la fuerza del viento sobre el sistema), como las estrategias normativas y recomendadas para realizar la operación (sistema experto de operativa de repostaje). Por esa razón distinguimos 2 partes:

Retroalimentación pértiga -Subsistema háptico . Un conjunto de sensores en la pértiga real capta las fuerzas a las que está sometida la pértiga real y convierta estas fuerzas en acciones sobre los motores de control del subsistema háptico.

Retroalimentación subsistema de inteligencia de repostaje - Subsistema háptico . El subsistema de inteligencia de repostaje determina en tiempo real el conjunto de movimientos a favorecer y a dificultar y en qué grado y traduce el conjunto en una serie de acciones sobre los motores de control del subsistema háptico.

Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos técnicos y científicos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiendo el experto normal en la técnica a la que pertenece esta invención. En la práctica de la presente invención se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la memoria. A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.

EXPLICACION DE LAS FIGURAS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.

En la figura 1 , podemos observar una representación del dispositivo de realidad aumentada háptico objeto de la solicitud.

En la figura 2 podemos observar el dispositivo de control en el que se integra el dispositivo de realidad aumentada háptico.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN.

A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta.

En la figura 1 podemos observar como el dispositivo háptico comprende:

- una modelizacion o prototipo de pértiga (1 )

unos medios de control y accionamiento (2) del que emerge un brazo de transmisión (3) del accionamiento a la modelizacion de la pértiga (1 ).

Donde los medos de control y accionamiento (2) comprenden:

un primer doble juego de motores (4) que permiten realizar un movimiento horizontal de la modelizacion de la pértiga (1 ).

Un segundo doble juego de motores (5) que permiten un movimiento de cabeceo o de "pitch", y que giran respecto a un eje ortogonal al eje de giro del primer juego de motores.

Un contrapeso para equilibrar las fuerzas de ambos juegos de motores.

Unos primeros medios electrónicos (7) para accionamiento y control de los motores (4) y (5).

La modelizacion de la pértiga (2) presenta una forma similar a la pértiga real que se pretende manejar y que comprende: - unos segundos medios electrónicos (8) que controlan los elementos que forman parte de la modelización de la pértiga

- un vibrador (9) alojado en el interior de la modelización de la pértiga (8)

- un primer botón (10) , un segundo botón (1 1 ) y un tercer botón (12),

- un sensor de aceleración (13), y

un imán (14).

- Unos LEDs (15).

Permitiendo todos ellos el control sobre el boom con una sola mano. En la figura 2 se muestra el dispositivo de control (21 ) en el que se integra el dispositivo háptico mostrado en la figura 1 , y que comprende:

- una carcasa (16) en cuyo interior se alojan los medios de accionamiento y control (2) del dispositivo háptico y del que emerge la modelización de la pértiga (1 ).

- Un reposabrazos (17) colocado bajo la carcasa (16) y unido a ésta mediante unas barras verticales (18), dejando un espacio libre por el que pasar y apoyar un brazo mientras la mano coge la modelización de la pértiga (1 ).

Un base (18) dispuesta bajo el reposabrazos (17) y que está provista de un calibrador de posición (20) y de un conector automático (19).

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.