Entwicklung eines Force Cueing Algorithmus für Sitzpolster Druckaktuatoren zum Einsatz im DLR Robotic Motion Simulator

Abstract

Im Rahmen der Arbeit wurde ein Ansteuerungsalgorithmus für die Aktuatoren eines G-Seats fur den DLR Robotic Motion Simulator (RMS) entwickelt. Bei den Aktuatoren handelt es sich um bewegliche Klappen unter den Sitzpolstern, die Druck auf den Körper des Insassen ausüben. Dadurch wird ein Bewegungseindruck erzeugt. Zunächst wurden dafür die Motoren eines Hardware Prototyps mithilfe des echtzeitfähigen Bussystems EtherCat in Betrieb genommen. Es konnte gezeigt werden, dass die Motoren bis zu einer Frequenz von 2Hz den kompletten Arbeitsbereich ohne Einschränkung befahren können. Bei höheren Frequenzen fällt die maximal befahrbare Amplitude deutlich ab. Zusätzlich wurde die Datenkommunikation in Echtzeit zwischen dem Force Cueing Algorithmus und dem C++ Programm, über welches die EtherCat-Schnittstelle realisiert wurde, über einen Modelnet-Server implementiert. Der entwickelte Force Cueing Algorithmus arbeitet mit einem klassischen Washout Filter. Außerdem projiziert er den eingehenden Beschleunigungsvektor auf die Kraftrichtungen der einzelnen Aktuatoren. Diese verändern sich aufgrund der Klappendynamik während des Betriebs ständig. Der Algorithmus kann den G-Seat sowohl als alleinigen Aktuator als auch in Kombination mit dem Motion Cueing des RMS ansteuern. In zweiterem Fall bildet der G-Seat nur jene Beschleunigungen ab, welche nicht durch den RMS ausgeführt werden. Beim Testen des Algorithmus mit einfachen Eingangsfunktionen und mit einer Flugtrajektorie konnte gezeigt werden, dass plausible Klappenbewegungen erzeugt werden können. Außerdem wurde festgestellt, dass der G-Seat abhängig von der verwendeten Konfiguration und der Position der Klappen manche Beschleunigungen nicht darstellen kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die entwickelte Struktur aus Force Cueing Algorithmus und Ansteuerung des Prototyps eine sehr gute Grundlage für weitere Arbeiten am G-Seat liefert.