发明名称 运动体操控训练系统及其方法
摘要 一种运动体操控训练系统及其操作方法,其系以接近事实的临场感及交互运作的模拟环境来训练操控人员熟悉运动体系统之操控驾驶技术,并藉以评估驾驶操控人员操控运动体系统之能力。运动体操控训练系统包括:运动体操控系统、运动体六自由度模拟系统、六自由度动态平台、动态平台液压控制模组、运动体驾驶操控人员能力评估系统与运动体操控纪录资料库,其中运动体操控系统置于动态平台之上,并提供具有声、光、电以及虚拟实境视觉效果之模拟环境,让运动体驾驶操控人员感受逼真之临场动态感,以增加训练学成效。
申请公布号 TWI267806 申请公布日期 2006.12.01
申请号 TW094113630 申请日期 2005.04.28
申请人 国防部军备局中山科学研究院 发明人 高进登;张忠铭;郭丰河
分类号 G09B9/02(2006.01);G09B9/12(2006.01) 主分类号 G09B9/02(2006.01)
代理机构 代理人 许世正 台北市信义区忠孝东路5段410号4楼;陈瑞田 台北市信义区忠孝东路5段410号4楼
主权项 1.一种运动体操控训练系统,包括: 一运动体操控纪录资料库,用以储存、查询、撷取 管理各种标的运动体之种类型号、序号、操控方 式、训练科目、操控评分资料,相关软体与参数、 地理资讯系统资料档以及地貌影像资料档; 一运动体六自由度模拟系统,执行运动体之六自由 度模拟联立方程式运算,求取运动体之获得轴向、 横向与垂下向等三个轴向之线型加速度,以及俯仰 、侧滑与滚转三个轴向之角速率资料,用以模拟运 动体之各种移动或转动,并评估运动体驾驶操控人 员操控运动体之能力; 一运动体驾驶操控能力评估系统,与运动体操控系 统以及运动体六自由度模拟处理模组相连接,用以 输入运动体操控系统以及运动体六自由度模拟系 统之软体程式与参数,并启动运动体之模拟训练与 操控人员能力评估工作; 一运动体操控系统,与运动体驾驶操控能力评估系 统以及运动体六自由度模拟系统相连接,用以执行 运动体之导航、虚拟实境、导引、控制与致动器 伺服操作; 一六自由度动态平台液压控制模组,与运动体六自 由度模拟系统以及动态平台之液压致动器及回授 系统相连接,用以驱动六自由度动态平台之移动或 转动:以及 一六自由度动态平台,将运动体操控系统置于动态 平台之上,让运动体驾驶操控人员感受逼真之运动 体六自由度移动或转动之临场动感效应。 2.如申请专利范围第1项所述之运动体操控训练系 统,其中运动体操控系统包括: 一运动体驾驶操控台,让驾驶人实施运动体之操控 ,移动或转动,用以实施操控能力之评估; 一组惯性感测仪,用以感测运动体之三轴向线性加 速度与三轴向角速度; 一导航模组,根据加速仪与速率陀螺仪感测资料进 行运动体之惯性导航运算,并自一全球定位系统( GPS)接收器获得运动体之时间与空间(含经度、纬 度及高度)资讯,用以修订惯性导航资讯,获得精准 之整合式导航资讯,其中该GPS接收器之讯号来源系 自GPS接收天线或GPS讯号模拟器取得; 一目标讯号处理模组,用以处理来自一目标感测器 获得一目标资讯,其中该目标资料感测器之讯号系 由目标讯号天线或由目标讯号模拟器取得; 一导引模组,根据运动体导航资料与该目标之间相 对运动资料(如相对速度、相对位置等资讯)执行 一导引运算; 一控制模组,根据导引运算之导引命令,执行控制 翼(或控制舵)之一组控制转动量运算; 一致动器模组,根据该控制模组运算之该控制转动 量,以进行运动体之伺服控制操作; 一地理资讯系统与地貌影像资料库,提供虚拟实境 处理模组所需之地理资讯系统与地貌影像资料,以 显示视觉影像资料; 一虚拟实境处理模组,根据运动体之导航资料、地 理资讯系统与该地理资讯系统与地貌影像资料库, 用以产生接近真实环境之临场视觉效果;以及 一资料蒐集与声、光、电、虚拟实境视觉显示模 组或头盔显示器,提供驾驶人操控运动体所需之资 讯,与感官临场动态感觉。 3.一种运动体操控训练系统之操作方法,包括: 自一运动体驾驶操控能力评估系统输入一查询条 件向一运动体操控纪录资料库查询取出运动体种 类型号、序号、操控人员、操控方式、训练科目 以及相关软体与参数; 自该运动体驾驶操控能力评估系统将一运动体六 自由度模拟模式软体与一参数下载至一运动体六 自由度模拟系统,以及将运动体导航、虚拟实境、 导引、控制与目标讯号处理软体下载至运动体操 控系统之导航、虚拟实境、导引、控制与目标讯 号处理模组; 检查该些软体并供给外部电源给该运动体操控系 统与该运动体六自由度模拟系统; 判断供电后之该运动体操控系统与该运动体六自 由度模拟系统功能测试是否正常; 当判断得知正常时,则由模拟训练操作站之一控制 介面启动该运动体操控系统与该运动体六自由度 模拟系统; 当判断得知不正常时,则回报失效码给该运动体驾 驶操控能力评估系统,重新修订解决问题后重新开 始,查核该运动体操控系统与该运动体六自由度模 拟系统启动状态是否正常; 当判断得知正常时,则由该控制介面切换使用运动 体之内部电源,并切换资料传输系统由内部供电; 判断运动体检查内部供电是否正常; 当判断得知运动体检查内部供电正常时,则由该控 制界面关闭外部电源之供应; 当判断得知运动体检查内部供电不正常时,则回报 失效码给运动体驾驶操控能力评估系统; 重新修订解决问题,并自该运动体驾驶操控评估系 统下达启动该运动体六自由度模拟系统与该运动 体操控系统之指令; 该运动体六自由度模拟处理模组根据初始状态开 始执行运算资料,并将结果输出给该运动体操控系 统内之一组惯性感测仪; 该惯性感测仪根据所量测之线性加速度、角速率 资料执行运动体惯性导航运算,并由GPS接收器获得 运动体之时间、空间座标资料以及运动体导航资 料,执行整合式导航运算,并启动地理资讯系统与 地貌影像资料库,经由虚拟实境处理模组产生接近 真实环境之视觉效果; 自目标资料感测器获得目标讯号,经目标讯号处理 模组获得目标运动资料,导引模组根据目标运动资 料与运动体导航资料得出导引命令资料,再由控制 模组运算推动致动伺服器所需之控制讯号; 将控制讯号回授给该运动体六自由度模拟处理模 组继续执行,直到符合停航条件为止;以及 自运动体操控纪录资料库读取运动体操控纪录资 料,执行操控人员操控运动体能力之评估,并将结 果回存运动体操控纪录资料库。 4.如申请专利范围第3项所述之运动体操控训练系 统之操作方法,其中该运动体驾驶操控能力评估系 统系依需求输入查询键値,且自运动体操控纪录资 料库取出所需之运动体系统软体或资料,该运动体 操控纪录资料库包括: 一软体或各种资料物件输入处理器,处理并回应软 体或资料储存需求; 一查询处理器,处理并回应操作人员之软体或资料 查询需求; 一输出处理器,处理并回应操作人员之软体或资料 取用需求;以及 一索引资料库,储存软体或资料物件之索引键値; 一软体或各种资料档案储存系统,储存之软体或资 料档案。 5.如申请专利范围第3项所述之运动体操控训练系 统之操作方法,其中该运动体操控纪录资料之档案 格式包括档头识别码、运动体操控人员识别资讯 、时间码、感测资料、导航资料、目标资料、导 控资料、资料检查码与档尾识别码等栏位资料,而 运动体操控人员识别资讯包括运动体型号、运动 体序号、操控人员辨识码、操控训练科目、操控 能力评估设定资料、操控能力评分资料。 6.如申请专利范围第3项所述之运动体操控训练系 统及其方法,其中软体或资料存入运动体资料库之 执行步骤包括: 将输入索引键値转成资料物件; 将所获得之软体或资料转成资料物件; 自光碟或软硬磁碟等储存媒体读取之软体或资料 转为资料物件; 运动体资料库中之软体或资料输入处理器解出软 体或资料物件之存档路径及档名写入索引资料库 之中;以及 将软体物件存入运动体操控纪录资料库中之软体 或资料档案储存系统。 7.如申请专利范围第3项所述之运动体操控训练系 统之操作方法,其中软体与资料档自运动体操控纪 录资料库撷取之执行步骤包括: 自运动体驾驶操控能力评估系统输入选择查询一 键値; 将索引该键値传至查询处理器; 运动体资料库之查询处理器将传入之索引键値转 成结构化查询语言(Structured Query Language, SQL)查询 语法向索引资料库进行一查询,该查询将回应与该 键値相同所有软体或资料物件的存档路径以及档 名; 输出处理器依据存档路径以及档名找到软体或资 料档案储存系统中这些软体与各种资料档;以及 输出处理器将取得之软体或资料档传给运动体操 控性能评估系统处理。 8.如申请专利范围第3项所述之运动体操控训练系 统之操作方法,其中运动体驾驶人员操控能力评估 执行步骤包括: 选择查询键値,自运动体操控纪录资料库取出操控 人员操控能力之一资料,并记录该资料; 自运动体操控人员记录资料撷取出操控能力评估 设定一运动体预期到达位置目标资料(Target, T); 自运动体操控能力记录资料撷取出运动体驾驶操 控能力评估记录资料(Record, R),计算运动体轨迹位 置与预设轨迹値之误差、均方根値、标准差等资 料; 根据误差量评定运动体操控人员操控能力分数,将 评估结果存入运动体操控纪录资料库。 9.如申请专利范围第8项所述之运动体操控训练系 统之操作方法,其中该一运动体预期到达位置目标 资料(Target, T)包括预设轨迹资料。 图式简单说明: 图1为绘示依照本发明一较佳实施例的一种运动体 操控训练系统之功能方块图。 图2为绘示依照本发明一较佳实施例的一种运动体 操控训练作业流程图。 图3为绘示依照本发明一较佳实施例的一种运动体 操控记录资料档案格式图。 图4为绘示依照本发明一较佳实施例的一种运动体 操控纪录资料库功能方块图。 图5为绘示依照本发明一较佳实施例的一种各种资 料存入运动体操控纪录资料库流程图。 图6为绘示依照本发明一较佳实施例的一种自运动 体操控纪录资料库撷取相关资料之流程图。 图7为绘示依照本发明一较佳实施例的一种人员操 控运动体之能力评估流程图。
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