BR112013004210B1 - Aparelho e método adaptado para proporcionar uma indicação de uma posição angular de um elemento de entrada durante múltiplos giros - Google Patents

Aparelho e método adaptado para proporcionar uma indicação de uma posição angular de um elemento de entrada durante múltiplos giros Download PDF

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Abstract

aparelho adaptado para fornecer uma indicação de uma posição angular de um membro da entrada durante várias voltas. aparelho (100) adaptado para fornecer uma indicação de uma posição angular de um membro de entrada (106) ao longo de curvas múltiplas inclui, pelo menos, dois elementos rotativos (104a-104d) configurados, em utilização, para rodar de acordo com a rotação de um membro de entrada (106), e pelo menos um dispositivo sensor (114a), configurado para medir e produzir uma posição angular de, pelo menos, um dos elementos rotativos. os elementos rotativos são configurados para rodar simultaneamente, mas a velocidades diferentes. o aparelho inclui ainda um dispositivo (114) configurado para utilizar as medições da posição angular de pelo menos um dos dispositivos sensores para produzir uma indicação de uma posição angular do membro de entrada durante várias voltas.

Description

APARELHO E MÉTODO ADAPTADO PARA PROPORCIONAR UMA INDICAÇÃO DE UMA POSIÇÃO ANGULAR DE UM ELEMENTO DE ENTRADA DURANTE MÚLTIPLOS GIROS
A presente invenção se refere a um aparelho
adaptado para proporcionar uma indicação de uma posição
angular de um elemento de entrada durante uma
multiplicidade de giros.
Os dispositivos indicadores de posição tais como codificadores são usados em muitas aplicações, incluindo a detecção da posição de atuadores mecanicamente acionados necessários para a operação de válvulas de fluido, por exemplo. Um codificador absoluto é um codificador que pode identificar uma posição de um elemento de entrada em um sentido absoluto, tal como, uma posição angular específica, por exemplo. Tais codificadores podem ter a energia cortada e mesmo assim continuarão a ser normalmente capazes de indicar a posição em termos absolutos quando a energia for restaurada, mesmo se o codificador tiver se deslocado durante o período durante o qual a energia foi cortada. Um codificador absoluto de uma multiplicidade de giros tipicamente inclui diversas engrenagens para determinar a posição absoluta durante uma multiplicidade de giros. No entanto, se um dispositivo sensor do codificador acidentalmente cair em uma posição intermediária, tal como entre duas posições indexadas, então a medição pode ser indeterminada. Além disso, se um dos elementos sensores falhar, então a totalidade do dispositivo codificador geralmente falhará.
Modalidades da presente invenção se destinam a solucionar pelo menos alguns dos problemas tratados acima.
Petição 870190088811, de 09/09/2019, pág. 9/17
2/35
De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é proposto um aparelho adaptado para proporcionar uma indicação de uma posição angular de um elemento de entrada durante uma multiplicidade de giros, incluindo o aparelho:
pelo menos dois elementos rotativos configurados, em uso, para girar de acordo com a rotação de um elemento_de entrada;
- pelo menos um dispositivo sensor configurado para medir e emitir uma posição angular de pelo menos um dos elementos rotativos, e um dispositivo configurado para usar as medições da posição angular do pelo menos um dispositivo sensor para produzir uma indicação de uma posição angular do elemento de entrada durante uma multiplicidade de giros, sendo que os elementos rotativos são configurados para girar simultaneamente, mas a velocidades diferentes.
Cada um dos elementos rotativos pode ter uma
razão de rotação em relação ao (s) outro(s) elemento (s)
rotativo(s). Cada um dos elementos rotativos pode ter
qualquer razão singular (dentre os elementos rotativos) de rotação e pode não haver nenhuma restrição na seleção das razões, tal como, por exemplo, que os razões não precisam ser selecionados de modo que eles satisfaçam uma relação especifica, tal como funcionar com um algoritmo de decodificação que exija que os elementos rotativos tenham posições de indexação de uma base integral. Alternativamente, a seleção dos razões pode ser feita de acordo com um ou mais parâmetros de projeto. Os elementos
3/35 rotativos, por exemplo, podem ser dispostos de modo tal, que não haja nenhum fator comum (além de um) dentre os razões de rotação. Os elementos rotativos podem compreender engrenagens com diferentes números de dentes.
Em uso, os elementos rotativos normalmente se movem com o elemento de entrada de um modo continuo não escalonado. Os dispositivos sensores podem proporcionar uma medição da posição absoluta por 360° de um ou mais dos elementos rotativos, usando tecnologia de sensores óticos, 10 magnéticos ou de RF, por exemplo. O aparelho pode incluir uma série de A a N tais elementos rotativos, tendo cada um deles um razão de rotação respectivo RA a RN, e tendo um dispositivo sensor um erro de pico permissível máximo calculado como:
Erro Máximo de Sensor = 180°/RA + RN
Em algumas modalidades, um da multiplicidade de elementos rotativos pode ser um elemento rotativo primário que aciona todos os restantes elementos rotativos (isto é, os restantes elementos rotativos não acionam nenhum outro 20 dos elementos rotativos).
Cada um da multiplicidade de elementos rotativos pode ter uma posição nocional zero/inicial/de partida de rotação. O dispositivo pode ser configurado para produzir a indicação da posição computando-se a distância que os 25 elementos rotativos percorreram a partir das suas posições zero. A computação efetuada pelo dispositivo pode envolver fazer pelo menos um, e tipicamente todos os elementos rotativos retrocederem virtualmente até a sua respectiva posição zero. O dispositivo pode ser configurado para:
4/35
- fazer retroceder virtualmente um primeiro dos elementos rotativos em uma sequência até a sua posição zero; em seguida, para cada elemento rotativo exceto pelo primeiro elemento rotativo na sequência:
computar uma posição virtual do elemento rotativo com base em um ângulo do qual um elemento rotativo anterior na sequência tenha girado quando se estava fazendo o mesmo retroceder virtualmente, e — fazer retroceder virtualmente o elemento rotativo e todos os elementos rotativos anteriores na sequência, de modo que eles estejam nas suas posições zero.
A etapa de computação pode usar dados armazenados, tais como uma tabela de consulta, representando uma posição de um elemento rotativo quando o(s) elemento(s) rotativo(s) anterior(es) na sequência estava/estavam todos na sua posição (ões) zero, e os dados que representam o número de vezes que todos os elementos rotativos anteriores na sequência passaram pelas suas posições zero em conjunto quando o elemento rotativo estava em uma posição citada correspondente.
Os elementos rotativos podem ser dispostos de um modo coplanar ou coaxial.
Um conjunto que compreende mais de um citado dispositivo sensor pode ser previsto para medir a posição de um único elemento rotativo, de modo tal que, se um dos dispositivos sensores no conjunto apresentar uma falha, então um outro dos dispositivos sensores do conjunto é usado em vez dele.
5/35
O aparelho pode não receber um suprimento constante de energia. Em algumas modalidades, os dispositivos sensores medem posição dos elementos rotativos resultando do movimento durante o período em que a energia não estava sendo fornecida ao aparelho. Um arranjo de comutação pode ser incluído para permitir que os dispositivos sensores sejam ativados quando o(s) elemento(s) rotativo(s) estiver(em) se movendo. _
De acordo com outro aspecto da presente invenção é proposto um método de se fornecer uma indicação de uma posição angular de um elemento de entrada durante uma multiplicidade de giros, incluindo o método:
- a medição de uma posição angular de pelo menos dois elementos rotativos, configurados, em uso, para girar de acordo com a rotação de um elemento de entrada, sendo os elementos rotativos configurados para girar simultaneamente mas a velocidades diferentes, e a produção de uma indicação de uma posição angular do elemento de entrada durante uma multiplicidade de giros usando as medições da posição angular.
método pode ainda incluir:
a efetuação de medições da posição de um primeiro dos elementos rotativos durante um período de tempo;
- a efetuação de medições da posição de um outro dos elementos rotativos durante o período de tempo;
a comparação da posição medida do outro elemento rotativo com uma posição esperada do outro elemento, dadas as posições medidas do primeiro elemento e uma relação conhecida entre as rotações dos elementos, e
6/35
- se a posição medida do outro elemento rotativo não corresponder à posição esperada, então sinalizando um estado de erro de leitura possível.
método pode incluir a verificação de erros de leitura por meio da detecção das falta da rotação angular de pelo menos um dos elementos rotativos.
método pode incluir a determinação de uma posição absoluta do elemento de entrada usando dados referentes a uma posição angular de um único dos elementos 10 rotativos, ou uma combinação de posições de um subconjunto dos elementos rotativos. O método pode incluir, depois da detecção da falha de (ou mais) dos elementos rotativos:
- a medição de uma posição angular do elemento rotativo (s) que não tenha falhado e
- a produção de uma indicação de uma posição angular do elemento de entrada durante uma faixa reduzida de multiplicidade de giros usando as medições de posição
angular do i (s) elementoi (s) rotativo(s) que não tenha(m)
falhado.
20 0 método pode ainda incluir a previsão de pelo
menos um contador incrementai associado com pelo menos um
dos elementos rotativos, e
- a utilização da saida proveniente de pelo menos um contador incrementai para calcular a posição do elemento 25 de entrada com base em uma contagem da multiplicidade de giros de pelo menos um elemento rotativo associado.
De acordo com um aspecto alternativo da presente invenção é proposto um método para se fornecer uma indicação de uma posição angular de um elemento de entrada 30 durante uma multiplicidade de giros, incluindo o método:
7/35
- a medição de uma posição de uma multiplicidade de elementos rotativos que, em uso, se movem de acordo com o movimento de um elemento de entrada, tendo cada um dos elementos rotativos uma posição nocional zero/inicial/de partida (de rotação) e
- a computação da distância da qual os elementos rotativos passaram das suas posições zero para produzir a indicação da posição angular de multiplicidade de giros do elemento de entrada.
Um produto de programa de computador configurado para implementar pelo menos parte de um método substancialmente conforme foi descrito no presente documento, pode também ser previsto.
A invenção e estende a qualquer característica ou qualquer combinação de características descritas no presente documento, quer tal combinação tenha sido explicitamente descrita aqui ou não.
A invenção pode ser implementada de diversos modos, sendo somente um exemplo descrito e ilustrado com referência aos desenhos, em que:
a Figura 1 é uma vista em planta de uma modalidade exemplar parcialmente montada;
- a Figura 2 é uma vista explodida da modalidade exemplar;
a Figura 3 é um desenho esquemático de elementos sensores em uma modalidade exemplar;
- a Figura 4 é um fluxograma mostrando a operação da modalidade, incluindo uma etapa de cálculo de posição e uma etapa de retrocesso virtual da engrenagem;
8/35
- a Figura 5 mostra detalhes da etapa do cálculo da posição;
— a Figura 6 mostra detalhes da etapa de
retrocesso virtual da engrenagem r
5 as Figuras 7A-7D se referem a um exemplo de
operação da modalidade;
- as Figuras 8A e 8B ilustram um exemplo de
medição angular de um elemento rotativo do dispositivo, e
- a Figura 9 é um fluxograma mostrando a operação do aparelho envolvendo um contador incrementai.
Com referência às Figuras 1 e 2, é mostrado um
dispositivo exemplar indicador da pos ição 100. 0
dispositivo compreende uma placa de base de aloj amento 102
sobre a qual podem ser montados os elementos rotativos 15 104A-104D. No exemplo, há quatro elementos rotativos, que assumem a forma de engrenagens com dentes 104A-104D. No entanto, pode ser observado que podem ser usados outros tipos de elementos rotativos e que eles não precisam incluir formações tais como dentes para acionarem 20 diretamente uns aos outros.
Uma primeira engrenagem 104A pode ser considerada como constituindo uma engrenagem primária que acionas as demais tres engrenagens 104B-104D, isto é, as tres outras engrenagens 104B-104D somente engatam com os dentes da 25 primeira engrenagem 104A e não entre si. A primeira engrenagem é acionada por ume engrenagem de entrada 106, que gira de acordo com um elemento de entrada, que pode ser uma coluna de um atuador de válvula, por exemplo, (veja a Figura 3) . Assim a primeira engrenagem 104A é diretamente 30 acionada pela engrenagem de entrada 106, ao passo que as
9/35 outras tres engrenagens 104B-104D são acionadas indiretamente pela engrenagem de entrada (por meio da primeira engrenagem 104A). Pode ser observado que nas outras modalidades mais de uma engrenagem, ou todas elas, poderíam ser diretamente acionadas pela engrenagem de entrada.
O dispositivo exemplar 100 é montado com as __ en.gr ena.ge.ns_ 10.4A-1Q4D na. suas _posições zero corretas.
Para ajudar com essa montagem, uma ou mais engrenagens (e/ou os componentes do alojamento) podem incluir marcas. No exemplo, a primeira engrenagem 104 inclui marcas na forma de tres setas. Estas se destinam a ser alinhadas com setas de marcas correspondentes nas demais engrenagens 104B-104D. Adicional ou alternativamente, furos de localização zero 107A-107D podem ser previstas nas engrenagens que podem ser alinhadas com marcas/recessos 123B-123D correspondentes na placa de base 102 (algumas visíveis na Figura 2). Um recurso de posicionamento (não mostrado) pode ser usado para auxiliar com a montagem. Um rótulo de código de barras 111 pode ser montado no dispositivo 100 assim como uma parte acolchoada de espuma superior 116.
No dispositivo exemplar, as engrenagens e os elementos do alojamento compreendem partes moldadas de plástico. Devido a uma grande tolerância de ricochete no dispositivo e às suas exigências baixas de precisão, tais compostos de baixo custo podem ser usados, no entanto, deve ficar subentendido que outros materiais podem ser usados e que o projeto e as dimensões do dispositivo podem variar do exemplo ilustrado. 0 fato de existir um único arranjo de
10/35 acionamento na forma da engrenagem 104A como no exemplo ilustrado, tem o benefício de reduzir os efeitos de repercussão; no entanto, deve ser observado que podem ser usados outros arranjos, tais como de engrenagens em série 5 acionando cada engrenagem uma outra.
Voltando ao exemplo ilustrado nas Figuras 1 e 2, cada uma das quatro engrenagens 104A-104D é equipada com um _____componente compatível com o _sensorg_respectivo _ MOAgllOD, tal como um imã para um dispositivo sensor magnético. 10 Espaçadores 108 são dispostas entre as engrenagens e os componentes 110. Uma placa de alojamento 113 está instalada acima dos componentes e ela também aloja uma placa de circuito impresso 114. A placa de circuito impresso inclui circuitos que funcionam como um dispositivo sensor 15 (mostrado esquematicamente em 114A) que pode captar a posição dos componentes compatíveis com o sensor 110A-110D e assim proporcionar uma medição da posição absoluta das quatro engrenagens num alcance de 360°. O arranjo sensor pode se basear em qualquer tecnologia de captação angular, 20 tendo sensores tais como óticos, magnéticos ou de RF.
Sensores de RF e magnéticos podem também proporcionar uma detecção de falha embutida: se um ímã se solta de uma engrenagem ou tiver se desmagnetizado, o sensor pode detectar este fato. É também possível se usar dispositivos 25 sensores que proporcionem uma saída analógica.
Deve ficar subentendido que em modalidades alternativas, os elementos rotativos podem incluir componentes compatíveis com sensores integrados ou então as suas posições angulares podem ser determinadas pelo sensor 30 de um outro modo, tal como pela identificação visual da
11/35 posição angular, pela detecção de uma marca em uma superfície do elemento rotativo. Deve ser observado que em modalidades alternativas, o dispositivo sensor e/ou o processador podem estar localizados à distância de outros componentes do dispositivo, sendo os sinais transferidos por meio de sem fio/sinais de RF, por exemplo. Em outras modalidades, os dispositivos sensores podem ser construídos nos elementos rotativos/engrenagens. Podem ser joroduzidas outras variações do dispositivo exemplar 100 mostrado nas Figuras. Os elementos rotativos, por exemplo, podem ser dispostos de um modo coaxial e não coplanar (ou em uma combinação de coaxial/coplanar ou em qualquer outro arranjo), o que pode se traduzir em benefícios de redução de tamanho/projeto.
O circuito 114 inclui ainda um processador (mostrado esquematicamente em 114B) configurado para produzir uma indicação de posição do elemento de entrada 105 durante uma multiplicidade de giros usando as medições do dispositivo sensor, conforme será descrito abaixo. Embora um processador eletrônico digital seja mostrado no exemplo, poderá ser observado que a função que ele proporciona podería ser exercida por componentes analógicos/circuito adequados.
Um comutador mecânico pode ser incluído para permitir a captação eletrônica para ser ativada depois dos elementos sensores/engrenagens terem iniciado o seu movimento. 0 comutador pode ser ativado mecânica ou magneticamente e não há, portanto, nenhuma necessidade de um suprimento constante de energia ao dispositivo, reduzindo, portanto, ·potencialmente o consumo total de
12/35 energia do dispositivo. Depois da energização, o dispositivo pode detectar qualquer movimento que tenha ocorrido durante o período durante o qual a energia estava desligada e usar essa medição para proporcionar uma indicação da posição. 0 dispositivo exemplar inclui um comutador de despertar magnético na forma de uma engrenagem 113 que gira quando o trem de engrenagem gira e _____pode__ser usado.para desencadear o suprimento de energia ao dispositivo, mas pode ser observado que podem ser previstos 10 arranjos alternativos.
Os elementos rotativos no dispositivo são configurados para girar a velocidades diferentes. No dispositivo exemplar 100, isto é produzido tendo-se um número diferente de dentes em todas as engrenagens 104A15 104D. No entanto, deve ser observado que isso pode ser produzido por meios diferentes. A previsão de elementos rotativos engatados entre si, por exemplo, que tenham diferentes dimensões (raio ou circunferência, por exemplo) pode resultar em diferentes razões de rotação dos 20 elementos. Além disso, poderíam ser usados elementos rotativos que não engatam diretamente uns com os outros/acionam uns aos outros, tais como discos, sendo os elementos acionados diretamente pelo elemento de entrada ou conectados entre si por meio de um acionamento por correia 25 ou de corrente, ou por gualquer outro mecanismo de engrenagem.
O alcance operacional do dispositivo será determinado pelo cálculo do número máximo de giros do primeiro elemento analisado, ou elemento primário antes 30 de ocorrer um padrão de repetição dos elementos rotativos,
13/35 não podendo neste ponto já ser determinada a posição absoluta a partir das posições individuais dos elementos. Isto pode ser calculado como o número de giros necessários para fazer girar o dispositivo a partir da sua posição de referência e até ele voltar para esta posição. Para melhorar o alcance, podem ser aumentadas as funções mínimas das razões de rotação.
Em um caso simples em que o dispositivo inclui dois elementos rotativos A e B, se as razões de rotação dos dois elementos forem 10 e 20 respectivamente, então estas razões têm um fator comum de 10, e podem, portanto, ser simplificadas para uma razão de 1:2. Tal conjunto pode somente ser usado para dar uma indicação de posição durante dois giros. No entanto, se a engrenagem B for selecionada como tendo 21 dentes em vez de 20, então não haveria nenhum tal fator comum e a expressão mais simples continuaria a ser de 10:21. Dada esta relação, se A tiver que ser girado duas vezes, então o elemento B se deslocaria para uma posição 342,9° (720° x 10/21) a partir da sua posição zero. Como os dois elementos não se encontram nas suas posições de rf e o dispositivo não foi devolvido para a sua posição de partida geral, o alcance deste dispositivo pode ser calculado como o número de vezes que o elemento A deve girar para que o elemento B esteja zerado ao mesmo tempo, isto é, 21 giros. Quando o elemento tiver sido girado exatamente de 10 giros, tanto A como B estarão na posição zero e o dispositivo se encontrará na sua posição geral de partida.
Em um arranjo de codificador convencional absoluto de multiplicidade de giros há um mecanismo
14/35 mecânico de indexação entre os elementos que produz incrementos em cada um deles depois de uma rotação definida dos elementos precedentes, isto é, se um elemento tiver sido indexado de um certo número de vezes então os elementos anteriores terão girado de uma quantidade conhecida. No entanto, nenhum tal mecanismo de indexação está presente em um dispositivo continuamente em movimento (juntamente com o elemento de entrada), que proporciona uma posição não escalonada, descrito no presente documento; pelo contrário, as modalidades do dispositivo podem ter um mecanismo de indexação virtual que pode assumir a forma do algoritmo de decodificação que será descrito abaixo. Posições de referência (ou posições de partida de rotação/inicial/zero) são definidas para cada elemento rotativo e elas podem se encontrar em qualquer ponto dentro dos 360° da rotação possível, desde que cada elemento se mova de tal modo que todos os elementos possam se encontrar nas suas posições de referência ao mesmo tempo. Isto geralmente definirá a posição zero geral do dispositivo.
Um tal mecanismo de indexação virtual tem o efeito de efetuar medições de posições de aparência praticamente arbitrária e de permitir que eles sejam decodificados para fornecer uma indicação de uma posição real. Nos mecanismos de indexação convencionais, cada elemento é medido em sequência, cada um deles contribuindo com uma proporção da posição dependendo do mecanismo. Esta informação é imediatamente disponível à medida que os elementos são lidos; no entanto, em modalidades da presente dispositivo, pode não haver uma tal relação óbvia. Para se decodificar a posição, cada elemento é captado em sequência
15/35 sendo então decodificado. O elemento primário deve ser usado para encontrar uma posição de retrocesso do seguinte elemento rotativo. Esta etapa de cálculo fornece informações que são diretamente relevantes para a posição absoluta do elemento de entrada. Para se obter a posição absoluta, as posições angulares dos elementos rotativos são medidos, sendo então efetuado o cálculo para encontrar a contribuição de rotação, de modo que possa ser efetuado o cálculo seguinte, e assim por diante.
Com referência à Figura 3, exemplos do número de dentes nas quatro engrenagens 104A-104D são dadas do seguinte modo: engrenagem 104A: 22 dentes engrenagem 104B: 26 dentes; engrenagem 104C: 34 dentes e engrenagem 104D: 36 dentes, e assim as funções mínimas das razões de rotação das ingredientes 104A-104D são 11, 13, 17, e 18, respectivamente. As razões exemplares significam que a engrenagem 104A girará 13/11 vezes a velocidade da engrenagem 104B, a engrenagem 104D girará 17/18 vezes a velocidade da engrenagem 104C, e assim por diante. Estas razões não têm nenhum fator inteiro comum; no entanto, se as razões fossem 11, 13, 15 3 18, por exemplo, haveria então um fator comum de 3 (para 15 e 18) que teria um efeito sobre o modo como as engrenagens se movem juntas e sobre a distância da qual o elemento de entrada pode girar antes que apareça a sequência de posição de repetição, sendo assim a faixa de possibilidades absoluta reduzida.
Quando a primeira engrenagem 104A é usada como a engrenagem da medição primária, o número máximo de giros dessa engrenagem, da qual pode ser derivada a posição absoluta do mecanismo, é igual ao produto das funções
16/35 mínimas das razões de rotação das outras engrenagem 104B104D. Assim, em geral, podem ser usadas combinações de n engrenagens (indicadas A, B, C, . . . , n) para determinar a posição absoluta da engrenagem durante uma faixa de X giros. Se a primeira engrenagem 104A for usada como a engrenagem de medição primária, então a faixa de posições absolutas do dispositivo pode ser determinada pela equação:
X = B x C x D. . . xn em que B, C, D, ... n são as funções mínimas das razões de rotação entre cada engrenagem e não há nenhum múltiplo comum entre as funções mínimas das razões de rotação de todos os elementos sondados. Assim, para o exemplo da Figura 3, X = 3978 (13 x 17 x 18) . Em um outro exemplo, o número de dentes nas quatro engrenagens é: engrenagem 104A: 7 dentes; engrenagem 104B: 11 dentes; engrenagem 104C: 13 dentes e engrenagem 104D: 15 dentes, sendo neste caso X = 2145.
Para se determinar o número total de rotação do elemento de entrada 106, faz-se cada uma das engrenagens 104A-104D na verdade retroceder para as suas posições zero. Enquanto se procede assim, o número total de rotações é registrado de modo tal, que ele pode ser relacionado à posição da entrada. No dispositivo exemplar, é registrada em primeiro lugar a rotação da primeira engrenagem 104A. Assim, registrando-se a distância da qual todas as engrenagens no dispositivo tenham sido giradas, é possível se calcular a posição corrente de multiplicidade de giros do elemento de entrada. Deve ser observado que não se faz normalmente as engrenagens retroceder fisicamente; pode ser usada uma simulação de software/firmware, por exemplo, ou
17/35 outro processo destinado a calcular o número de movimentos/rotações, ou então qualquer outra implementação eletromecânica ou eletrônica desta função.
Com referência à Figura 4, é mostrado um fluxograma de um método exemplar de cálculo do número total de rotações. A identificação abaixo será usada na descrição abaixo, referindo-se às engrenagens 104A-104D como sendo A - D, respectivamente:
φΑ: Posição da engrenagem A φΒ: Posição da engrenagem B <pc: Posição da engrenagem C φβ: Posição da engrenagem D
PR: Razão primária (1:2 no exemplo da Figura 3, isto é, duas rotações da coluna de entradas = 1 rotação da engrenagem primária A).
RA: Razão de dentes da engrenagem A (11 no
exemplo, isto é, o número de dent es da engrenagem com
qualquer fator comum removido)
Rb: Razão de Dentes da Engrenagem B (13 no
20 exemplo)
Rc: Razão de Dentes da Engrenagem C (17 no
exemplo)
Rd: Razão de Dentes da Engrenagem D (18 no
exemplo)
25 ©TOTAL : Número total de giros da engrenagem A
θΑ: Número de giros da engrenagem A a partir de
um retrocesso de A
ΘΒ: Número de giros da engrenagem A a partir de um retrocesso de B
18/35
ec: Número de giros da engrenagem A a partir de
um retrocesso de C
0D: Número de giros da engrenagem A a partir de
um retrocesso de D
XB: Numero de ciclos zero a partir de B
XC: Numero de ciclos zero a partir de C
XD: Numero de ciclos zero a partir de D
Na etapa _ 4 02 faz-se a engrenagem primária 104Ά
retroceder virtualmente para a sua posição zero. 0 número de rotações necessárias para atingir este ponto corresponde à sua posição corrente, φΑ e, portanto, ΘΑ = φΑ.
Na etapa 404 começa a análise relacionada com a engrenagem seguinte no dispositivo. As engrenagens são consideradas em ordem, começando com aquela que tem o menor número de dentes (depois da engrenagem A) e continuando em ordem até a engrenagem com o maior número de dentes, embora qualquer ordem possa ser usada. Assim, na primeira repetição destas etapas, será analisada a engrenagem B. Nas fórmulas mostradas nos fluxogramas e a que se refere abaixo, a letra N é usada para se referir à engrenagem corrente que estiver sendo considerada. Na etapa 406 é calculada a posição da engrenagem B. A Figura 5 ilustra as etapas envolvidas neste cálculo. Na etapa 502 é usada a distância de retrocesso anterior e a razão de engrenagem para calcular a nova posição, φΒ, da engrenagem B, usandose a fórmula geral mostrada na Figura 5, que aplicada à engrenagem B se torna:
ΦΒ = (Θα) x (Ra/Rb)
19/35
ΦΒ será usada com uma tabela de consulta, conforme será discutido abaixo, para determinar quantos cruzamentos de sequência zero ocorreram.
Na etapa 504 <pB é convertida de modo tal, que ela incide entre zero e a posição máxima. Esta conversão é uma operação envolvente, de modo tal, que a posição é emitida entre 0,0 e 360,0°. Se uma medição, por exemplo, fosse 345° _e.as razões fossem RA = 23 e RB = 21, então φΒ seria 345 x 23/21 = 377,86° e assim seria envolvida subtraindo-se 360° a 17,86°. θΑ pode ser superior a 360°.
Voltando à Figura 4, na etapa 408, faz-se retroceder a engrenagem B para a sua posição zero. A Figura 6 mostra em detalhes as etapas envolvidas nesta operação. Na etapa 602, o índice de contribuição de rotação da engrenagem (isto é, o número de vezes que todas as engrenagens anteriores na sequência tenham passado pelas suas posições zero em conjunto) XN é encontrado usando-se a tabela de consulta (que será discutida abaixo) . Na etapa 604 é calculado o movimento da engrenagem primária (A) , devido ao retrocesso da engrenagem corrente para a sua posição zero, usando-se a fórmula geral mostrada na Figura 6.
Voltando à Figura 4, na etapa 410 é conduzida uma verificação para se saber se todas as engrenagens no dispositivo foram analisadas. Se não tiverem sido, então o controle volta para a etapa 404, onde as etapas 406-408 acima são conduzidas para a engrenagem C (e em seguida para a engrenagem D) . Se todas as engrenagens tiverem sido analisadas, então o controle passa da etapa 420 para a etapa 412, onde é computada a rotação total da coluna de
20/35 entradas. Isto pode ser obtido, calculando-se a posição absoluta do elemento de entrada, usando-se a rotação total e a razão primária da engrenagem primária (A):
Posição = Razão primária x (ΘΑ + ...+ θΝ) .
Um exemplo processado será agora dado, com referência às Figuras 7A-7D. A Figura 7A mostra as engrenagens A-D em um estado dado 702A quando deve ser feita, a. medição da po_sição absolut_a. Conforme já comentado acima, a primeira etapa (etapa 402 da Figura 4) consiste em fazer a engrenagem primária A retroceder para zero, conforme mostrado esquematicamente/conceitualmente em 702B (com o círculo no disco da engrenagem indicando as suas posições correntes e todas as posições zero estando em 0°). Isto pode ser obtido tomando-se a posição corrente da engrenagem A e fazendo a retroceder para zero, registrando o valor da rotação. Se a engrenagem A se encontra na posição 57,43°, o retrocesso é equivalente a fazê-lo girar de -57,43°. Sabendo-se que a engrenagem A foi conceitualmente girada deste ângulo é possível se deduzir até que distância as outras engrenagem teriam girado com base nas razões de engrenagem.
Em seguida, quando a engrenagem A está de volta para sua posição conceituai zero, é calculada a posição da seguinte engrenagem (engrenagem) com base nas razões de engrenagens e na quantidade da qual a engrenagem A foi conceitualmente girada. Faz-se então a engrenagem B retroceder conceitualmente, de modo que as duas engrenagens A e B se encontrem nas suas posições zero, conforme mostrado esquematicamente em 704 na figura 7b. Isto pode envolver diversas rotações da engrenagem B, pois quando se
21/35 faz mover uma engrenagem no sistema, todas as engrenagens giram. Este processo continua até se ter feito retroceder conceitualmente para a posição zero a totalidade do trem de engrenagem.
É calculada a nova posição da engrenagem B (etapa 406), uma vez que se fez a engrenagem A retroceder. Isto pode ser efetuado tomando-se o número total de rotações _ necessárias, para se_ fazer retroceder a engrenagem A para a sua posição zero, e aplicando-se as razões de engrenagem para calcular a alteração na engrenagem B. Como este valor representa a posição rotacional, deve-se manipular uma passagem por zero ou um giro total:
Φί(Μην) =Φί(θω) — θΛ
I R*)
Este é o número de vezes que se deve fazer a engrenagem A girar novamente para atingir a sua posição zero ao mesmo tempo em que a engrenagem B atinge a sua posição zero (etapa 408). Este valor é registrado e acrescentado às rotações resultantes do retrocesso a que se submeteu a engrenagem A.
O procedimento para se fazer girar cada engrenagem subsequente é idêntico ao de se fazer retroceder a engrenagem B: cada um deles é baseado na posição depois de se ter feito retroceder a engrenagem anterior e nas razões entre as diversas engrenagens. A posição da engrenagem C é calculada em primeiro lugar a partir do total de rotações de retrocesso da engrenagem A até então, e a partir desta posição, usa-se a tabela de consulta para se encontrar o número de vezes que as engrenagens anteriores A e B passaram por zero simultaneamente. Este
22/35 número é então usado para encontrar a distância da qual a primeira engrenagem A deve ter sido girada para se ter as engrenagens A, B e C juntas nas suas posições zero (mostradas esquematicamente em 706 na Figura 7C) . Este valor de movimento é o número de vezes que as engrenagens A e G estiveram nas posições zero juntas, multiplicado pelas razões relativas do movimento da engrenagem B (13, no exemplo)_. Estes números_resultam da necessidade de se ter as engrenagens A e
B juntas nas suas posições zero. Quando este processo está completo, as engrenagens A
B e C devem todas se encontrar em zero e analisa-se então a engrenagem
D:
Φε — Φσ (θΑ+θ.)Χ-^6C — Xc x.Rb
O processo para se analisar a engrenagem D idêntico ao da engrenagem C exceto pelo fato de que primeira engrenagem deve também se deslocar em múltiplos de para incorporar o fato de que a engrenagem C deve permanecer em zero:
x RB x
Rc retroceder todas as engrenagens A
Quando se fez eD = XD
D virtualmente para as suas posições zero (mostradas
esquematicamente em 708 na Figura 7D) , a etapa final
consiste em se olhar de volta para a rotação total da
primeira engrenagem de cada engrenagem que se fez
e em seguida correlacionar retroceder e combinar as mesmas à coluna de entradas usando-se a razão primária este valor isto é:
9total= Θα + Θβ + Qc + ©D
Posição Absoluta = P.R. x Qtotal
23/35
Conforme mencionado acima, podem ser usadas tabelas de consulta para encontrar o número de vezes que as engrenagens anteriores no dispositivo passaram por suas posições zero para computar a posição corrente para uma 5 engrenagem específica. A posição para a qual se fez a engrenagem em consideração retroceder pode então ser comparada com estas posições armazenadas, e a posição correspondente usada para dar o número de sequências zero das engrenagens anteriores. Deve ser observado que isto é 10 opcional e que as passagens pela posição zero poderíam ser determinadas por um outro método matemático, ou então os dados podem ser armazenados de um outro modo. Tabelas de consulta exemplares para o dispositivo exemplar da Figura 3 são dadas abaixo:
24/35
XD (índice de Contribuição de Rotação D) O <-í Csl CO LO vo r- 00 cn o
Engrenagem D 1 Posição da Engrenagem o VO lO LO m LD o o O ( 0,166667 0,222222 0,277778 0,333333 0,388889 st _ o ' 0,5 0,555556
Xc (índice de Contribuição de Rotação C) o Lí) o CO 00 CO r-1 11 vo
Engrenagem C Posição da Engrenagem o 0,058824 0,117647 0,176471 0,235294 0,294118 0,352941 0,411765 1 0,470588 0,529412 0,588235
Engrenagem B XB (índice de Contribuição de Rotação B) o vo tN lD 11 o CO cn O) 00
Posição da Engrenagem o 0,076923 0,153846 0,230769 0,307692 0,384615 0,461538 0,538462 0,615385 0,692308 0,769231
25/35
11 CM CO uo co 17
0,611111 kO kO kO kO kD O. ZZZZZL'ti 1 p,777778 co co CO CO CO CO ___o_ cn 00 co 00 00 00 ___CL· cn . o.
Μ1 kt CM Γ CM
0,647059 0,705882 0,764706 0,823529 0,882353 0,941176
1—I r~
0,846154 0,923077
26/35
A coluna à esquerda na tabela para cada engrenagem B-D mostra a posição daquela engrenagem quando a(s) engrenagem(ens) anterior(es) na sequência/ordem (A, B e C) estão todas na sua(s) posição(ões) zero. A coluna à direita na tabela desta engrenagem mostra o número de vezes que todas as engrenagens anteriores passaram juntas pelas suas posições zero, quando a engrenagem se encontra na pps_i_ç_ãp _ correspondente_indicada na coluna__à_ esquerda . Usando-se esta tabela, é, portanto, possível se encontrar o número de posições zero pelas quais as engrenagens anteriores passaram, comprando-se a posição calculada da engrenagem à posição teórica, e emparelhando-se os valores mais próximos. É importante se observar que se uma engrenagem está mais próxima à rotação completa, isto é, de 1, do que o valor máximo seguinte, então esta é tratada com sendo uma rotação completa, e, portanto, posição zero.
As tabelas de consulta podem ser geradas movendose as engrenagens através das suas posições zero e registrando a posição da engrenagem para cada ciclo até ele se repetir. Isto podería ser efetuado, por exemplo, conduzindo-se uma simulação com um software. Mais especificamente, o cálculo de seção da Engrenagem B da tabela de consulta é uma questão de se fazer passar pelos ciclos zero da engrenagem A, uma vez que esta é a única engrenagem que antecede a engrenagem B. A engrenagem B terá 13 posições diferentes para cada posição zero de A antes de se repetir; depois de 13 rotações completas da engrenagem A, as duas engrenagens A e B se encontrarão novamente juntas nas suas posições zero. Um cálculo exemplar é conforme segue:
27/35
Ciclos Zero da Engrenagem A = 2.
X η 11 φ„ = 2*— φβ =1.6923 φ„ =0.6923
Em geral:
φΒ = ZerosΑ χ rb _______________Ο cálculo da tabela para a engrenagem C é~ análogo à engrenagem B; no entanto, há agora 17 posições totais 10 para se calcular antes que a sequência seja reiniciada. O ciclo zero deve também incluir a engrenagem B. A equação geral é:
x „ RÁ xRB
Φσ = Zeros M x—--15 A engrenagem D segue a sequência lógica e agora tem 18 posições singulares, e os ciclos zero incluem C. A equação para a engrenagem D é:
Φΰ = Zeros „RAxRBxRc
Rn
Deve ficar subentendido que os elementos rotativos podem ser analisados em qualquer sequência (não iniciando necessariamente com a engrenagem 104A, por exemplo). A análise pode ser efetuada em qualquer ordem, desde que as tabelas de consulta tenham sido calculadas para a sequência apropriada.
Quando o erro de medição da medição das posições de engrenagem individual se tornar demasiado grande o algoritmo pode dar um valor incorreto. Antes deste ponto, o erro no dispositivo será o erro de medição da primeira 30 engrenagem de medição, multiplicado pela razão primária.
28/35
O erro de pico máximo permissivel do(s) dispositivo(s) sensor(es) antes do algoritmo falhar pode ser calculado como:
180°
Erro Máximo = = R .R
Assim, para as razões de engrenagens adotadas no exemplo, não são necessários sensores com alto grau de precisão. Os sensores podem ser relativamente grosseiros, uma vez que eles__somente devem satisfazer__a exigência do erro máximo de 180°/(RA + RN) . A resolução da posição então depende somente da primeira engrenagem escolhida. Isto pode permitir o uso de sensores de baixa precisão 'n-1' e um sensor de precisão muito elevada para proporcionar um dispositivo que fornece uma posição de uma multiplicidade de giros, com alta contagem de giros, e que tem uma precisão muito grande.
A estimativa de erro máximo do dispositivo pode ser calculada como o ponto no qual o elemento rotativo com a razão mais alta, portanto com a menor distância de rotação entre cada posição de cálculo da sequência zero, não pode mais ser conhecido com confiança. Isso ocorrerá quando o erro total no elemento for superior à distância entre as posições de sequência zero de dois elementos anteriores dividida por dois, pois neste ponto a posição de retrocesso estará mais próxima da posição errada da tabela de consulta.
Como uma visualização deste problema, cada um dos elementos rotativos (exceto pelo elemento primário) pode ser conceitualmente dividido em segmentos. Cada um destes segmentos representa a possibilidade de posições para as quais a posição de retrocesso pode ser considerada como
29/35 se referindo ao número correspondente de sequências zero do elemento anterior, conforme relacionadas nas tabelas de consulta. Um elemento rotativo exemplar tendo 21 segmentos é mostrado na Figura 8A, com os segmentos apropriados rotulados com o índice de contribuição de rotação correspondente. O elemento rotativo é mostrado na sua posição de referência, no centro exato do segmento 0. Teoricamente, o__elemento deveria sempre_ser medido em uma posição tal, que o estágio de calcular posição do cálculo com os elementos anteriores que se fez retroceder, dará um valor no centro exato de um dos segmentos, isto é, corresponde a uma posição da tabela de consulta. No entanto, quando o erro faz com que esta posição calculada derive para dentro de um segmento vizinho, haverá um aumento significativo o erro emitido, pois o número das sequências de posição zero do elemento anterior será alterado, potencialmente dramaticamente. Este erro angular é ilustrado na Figura 8B.
Considerando-se as duas principais formas de erro, o erro de medição e o erro mecânico (folga), o erro máximo permissível pode ser encontrado considerando-se o ponto em que o valor dado das sequências zero a partir da análise do elemento de razão mais elevado é incorreto. A folga terá um efeito direto sobre a posição relativa do elemento primário; no entanto, o erro de medição afeta o resultado de dois modos. O primeiro é pela simples corrupção do valor medido no elemento e o segundo é por corrupção do valor do elemento primário que é então transferido para o elemento analisado durante o primeiro estágio do cálculo, isto é, quando se faz o elemento
30/35 primário retroceder. Se isto for incorreto então, quando a última posição de sequência zero do elemento anterior conhecida do elemento analisado for calculada, haverá uma discrepância ainda maior entre o cálculo e o valor 5 verdadeiro.
Em termos matemáticos, o erro permissivel pode ser expresso do seguinte modo:
2xR„ N
E-λ , p
T-B‘~ em que EN é o erro de medição do elemento sendo analisado
N, EA é o erro de medição do elemento primário e BAN é a folga entre o
En erro total no elemento primário e pode +ελ X — Η ban E-n dispositivo, sendo o erro total não for inferior ao elementos, então a decodificação
N.
ser considerado como _Zr__ o erro limite. 2x7?..
erro limite para todos não funcionará.
Se os
Um outro modo como um erro pode ser introduzido no dispositivo é o retardo de tempo entre a medição de cada elemento rotativo.
Isto introduzirá um outro termo na equação a seguir:
360° R R ~ i > En + Eax — F BAN + TdN xv>N + TdA xu A x —
2xRn Rn Rn > En +Ea x^ + BAN + (TdN+TdA)xvA x^ em que TdN é o retardo de tempo para a medição de n, toda é o retardo de tempo para a medição do elemento primário, vN é a velocidade de rotação de N e vA é o retardo de tempo para a medição de N. Este tipo de erro pode ser eliminado usando-se um algoritmo de leitura simétrica, em que as medições de cada elemento são dispostas ao redor de um
31/35 único ponto no tempo. Isto remove os efeitos que fazem com que o algoritmo de decodificação seja excessivo, pois cada medição se encontra efetivamente no mesmo ponto no tempo (pressupondo-se um movimento constante). Este método pode, no entanto, continuar a ser passível de erro devido à aceleração, mas a aceleração que seria necessária para afetá-lo seria extremamente grande, uma vez que na prática os__r e tardos_de tempo sãq muito pequenos. __________
Em determinadas implementações do dispositivo, há uma possibilidade de que todos os elementos rotativos possam não ser capazes de serem posicionados na posição de referência simultaneamente. Isto pode acontecer, por exemplo, se não houver nenhum modo fixo de se assegurar que os elementos estão montados nos locais relativos corretos. Há meios de se assegurar de que isso não ocorra, tal como se empregando engrenagens dentadas com o número de dentes igual à função mínima de rotação (em um exemplo de tres elementos rotativos com as razões 10, 21 e 17) se estes consistissem em redes dentadas com 10, 21 e 17 dentes, e tendo sensores adequadamente alinhados para acionar o arranjo. Este arranjo asseguraria que os elementos poderíam somente ser dispostos em intervalos de segmentos inteiros, ao passo que havería 20, 42 e 34 dentes, então seria possível se dispor uma engrenagem deslocada de meio segmento. Uma solução possível para este problema seria se ter um processo de montagem destinado a impedir a montagem incorreta, podendo, por exemplo, ser usada uma estrutura mecânica fixa como um guia que não permitirá uma montagem inadequada, ou podem ser usadas guias/formações, tais como 105 ou 107 mencionadas acima. Uma solução alternativa
32/35 consiste em se efetuar uma medição na primeira vez que o dispositivo receber energia, podendo o arranjo dos elementos rotativos ser calculado a partir desta posição utilizando o estágio de retrocesso dos cálculos, e as posições montadas conhecidas dos elementos rotativos.
Para se lidar com o risco de falha de um ou mais sensores, podem ser previstos um ou mais sensores redundantes, associados com um ou mais dos elementos rotativos, de modo que se um sensor especifico falhar pode ser usado em vez dele um sensor redundante. Isto pode ser obtido com sensores de RF e magnéticos, por exemplo, uma vez que o campo magnético e o de RF permeiam uma área grande. 0 sensor redundante pode ser posicionado de um lado oposto do eixo de rotação do elemento rotativo, ou pode ser posicionado em outro lugar, tal como entre o sensor primário e o elemento, ou então atrás do sensor primário. Se tal técnica não for viável para uma modalidade especifica, então uma alternativa consiste em se descartar as leituras do sensor defeituoso e operar o dispositivo dentro de uma faixa absoluta reduzida. Usando-se o exemplo de falhas sendo detectadas no sensor 104B das Figuras 1 e 2, o dispositivo utilizará as leituras baseadas nos tres elementos rotativos restantes 104A, 104C e 104D. Isto significará que a sua faixa de possibilidades será reduzida; no entanto, isto pode ser suficiente para algumas aplicações. Neste modo, uma tabela de consulta pode precisar ser gerada/usada, com base nas relações entre os elementos rotativos restantes.
Dentro deste modo de faixa de possibilidades reduzida pode ser necessário se ampliar a faixa de
33/35 possibilidades do dispositivo durante mais ciclos do que poderia ser normalmente possível. Para se proceder neste modo, pode ser usado um contador incrementai (mostrado esquematicamente em 114C, por exemplo, na Figura 2) para controlar o número de vezes em que o sistema passou por sua faixa total de possibilidades. Neste modo de falha, o aparelho pode perder a sua capacidade de proporcionar de modo confiável uma leitura precisa da posição quando _a energia é restaurada, se o dispositivo tiver se deslocado de uma distância significativa (mais da metade da faixa de possibilidades reduzida, por exemplo) com a energia cortada.
Um exemplo da operação do dispositivo neste modo de faixa de possibilidades reduzida é mostrado na Figura 9. Neste modo, a contagem incrementai é perdida quando a posição não é definida em termos absolutos pelo dispositivo. Na etapa 902, é obtida a medição absoluta de um dos elementos rotativos ainda em uso. Na etapa 904 é calculada a verdadeira posição do elemento, acrescentandose o número de giros do elemento, conforme registrado pelo contador incrementai, ao valor de medição absoluto. Na etapa 906 é conduzida uma verificação para se ver se a diferença entre o valor correntemente medido e o valor medido na repetição anterior é maior do que a faixa de possibilidades do dispositivo dividida por dois. Se tal não for o caso, então o controle volta para a etapa 902; caso contrário na etapa 908, o contador é incrementado e então o controle passa novamente para a etapa 902.
Como todas as engrenagens giram ao mesmo tempo, mas a velocidades específicas, uma faixa de possibilidade
34/35 reduzida de posições absolutas pode ser determinada observando-se qualquer combinação de engrenagens. Isto fornece uma redundância embutida e/ou a capacidade de se verificar se há erros de leitura. A capacidade de se usar contadores incrementais conforme foi descrito acima, pode oferecer uma velocidade maior de medição, uma vez que a qualquer momento dado está sendo medida a posição de um único elemento.
Uma desvantagem com sistemas convencionais de indexação mecânica consiste no fato de que se houver uma falha em um dos elementos e ele não se atualizar conforme deveria, então tal fato é praticamente impossível de se detectar. Com um arranjo em movimento contínuo, como é o caso em modalidades da presente aparelho, é relativamente simples se detectar falhas. Como são conhecidas todas as razões de movimento, é possível, no decorrer de diversas amostras, se detectar falhas em partes do dispositivo. Depois de duas amostras de cada elemento rotativo, é possível se dizer até que ponto cada elemento se moveu, desde que estas amostras não tenham sido tomadas depois de diversas rotações. A partir daí é possível se derivar de que distância cada elemento deve ter se movido, uma vez que todas as razões de movimento são definidas.
Podem ser usados múltiplos subconjuntos de engrenagens para uma verificação automática cobrindo uma faixa reduzida de possibilidades. Nesta configuração, os elementos/engrenagens subsequentemente detectados podem ser usados para se verificar a precisão e verificar se ocorreram erros de leitura no elemento selecionado submetido a detecção. Além disso, nesta configuração, o
35/35 número de giros eu o dispositivo pode registrar é ilimitado. A capacidade de se usar um único elemento detectado com um contador incrementai oferece a vantagem de uma velocidade de medição aumentada, uma vez que uma única engrenagem é lida a qualquer ponto no tempo. O dispositivo pode também ser configurado para proporcionar a opção de se fazer medições usando-se todos os elementos rotativos para confirmar a posição_do_elemej)to de entrada.
dispositivo pode ser configurado para comutar automaticamente para um dos modos de redundância descrito acima, ou pode permitir que o usuário determine o modo.
Aumentando-se a resolução de um primeiro elemento selecionado 9104A, por exemplo, no exemplo, embora o elemento sensor selecionado não precisa ser a primeira engrenagem no trem), pode ser aumentada a resolução do dispositivo 100. Isto pode permitir que a razão de entrada ao sensor seja manipulada para se obter o equilíbrio necessário entre o número final de giros que precisam ser medidos, e a precisão necessária que é desejada. A faixa de possibilidades do dispositivo pode ser aumentada alterandose a razão primária que leva à montagem do dispositivo às custas da redução da resolução.
O dispositivo pode continuar computando a posição além da sua faixa absoluta de possibilidade; ele se excederá nesse ponto, mas em algumas aplicações isso pode ser tolerado.

Claims (11)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Aparelho (100), adaptado para proporcionar uma indicação de uma posição angular (Ototal) de um elemento de entrada (106) durante uma multiplicidade de giros, o aparelho incluindo:
    um conjunto de elementos rotativos (104) configurados, em uso, para girar de acordo com a rotação de um elemento de entrada (106);
    um conjunto de dispositivos sensores (110) configurados para medir e emitir uma posição angular de pelo menos um dos elementos rotativos, e um dispositivo (114) configurado para usar as medições da posição angular do conjunto de dispositivos sensores para produzir uma indicação de uma posição angular do elemento de entrada durante uma multiplicidade de giros, sendo que os elementos rotativos são configurados para girar simultaneamente, mas a velocidades diferentes, o conjunto de elementos rotativos compreende pelo menos três dos referidos elementos rotativos, e o conjunto de dispositivos sensores compreende pelo menos três dos referidos dispositivos sensores configurados para medir e emitir uma medição de posição angular absoluta por 360° de um respectivo elemento dos pelo menos três elementos rotativos, em que cada um dos referidos elementos rotativos tem uma razão singular de rotação em relação à cada outro elemento rotativo do referido conjunto de elementos rotativos,
    Petição 870190088811, de 09/09/2019, pág. 10/17
  2. 2/7 em que um elemento do conjunto de elementos rotativos diretamente aciona todos os demais referidos elementos rotativos, em que cada elemento da multiplicidade de elementos rotativos (104A-104D) tem uma posição nocional zero de rotação, o aparelho CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo (114) é configurado para produzir a indicação de posição computando a distância da qual os elementos rotativos passaram a partir das suas posições zero de rotação por meio de retroceder virtualmente (402) um primeiro elemento dos elementos rotativos (104A) em uma sequência a partir da sua posição atual até a sua posição zero de rotação, para fornecer uma contribuição de rotação para a referida etapa de retrocesso virtual (Xa) ; e, em seguida para cada elemento rotativo (104B-104D) exceto pelo primeiro elemento rotativo na sequência:
    computar (406) uma posição virtual do elemento rotativo (104B-104D) com base em um ângulo através do qual um elemento rotativo (104A) anterior na sequência foi girado enquanto se procedia ao seu retrocesso virtual (702B), e retroceder virtualmente (408) o elemento rotativo (104B-104D) e todos o(s) elemento(s) rotativo(s) (104A) anteriores na sequência, a partir da referida posição virtual computada (702B) com base em um ângulo através do qual um elemento rotativo anterior na sequência foi girado enquanto se procedia ao seu retrocesso virtual, de modo que o membro
    Petição 870190088811, de 09/09/2019, pág. 11/17
  3. 3/7 rotativo (104B-104D) e todos o(s) elemento(s) rotativo(s) (104A) anteriores na sequência se encontrem na sua posição zero (704), para fornecer uma contribuição de rotação para a referida etapa de retrocesso virtual (Xb, Xc, Xd) ; e uma vez que todos os membros rotativos (104B104D) forem retrocedidos virtualmente para as suas posições zero (708), a etapa final de produzir a indicação de uma posição angular (Ototal) de um elemento de entrada (106) durante uma multiplicidade de giros compreende a combinação da contribuição de rotação (Xa, Xb, Xc, Xd) calculada a partir de cada etapa de retroceder virtualmente um elemento rotativo.
    2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada um dos elementos rotativos (104A-104D) tem uma razão de rotação em relação ao(s) outro(s) elemento(s) rotativo(s), sendo os elementos rotativos dispostos de modo tal, que não há nenhum fator comum (além de um) dentre as razões de rotação.
    3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERI ZADO pelo fato de que os elementos rotativos (104A-104D) compreendem engrenagens, tendo cada uma delas um número diferente/singular de dentes.
  4. 4. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que quando em uso, os elementos rotativos (104A-104D) se movem com o elemento de entrada (106) de um modo contínuo, não escalonado.
  5. 5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto de dispositivos
    Petição 870190088811, de 09/09/2019, pág. 12/17
    4/7 sensores (114A) usam tecnologia de sensores óticos, magnéticos ou de RF.
  6. 6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho inclui os referidos elementos rotativos (104A-104D) de A a N, tendo cada um deles uma respectiva razão de rotação Ra a Rn, e em que um dispositivo sensor (114A) no conjunto de dispositivos de sensores tem uma precisão tal que um erro de pico permissível máximo no dispositivo sensor é satisfeito por:
    Erro Máximo = 180°/Ra + Rn
  7. 7. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERI ZADO pelo fato de que os elementos rotativos (104A-104D) são dispostos de um modo coplanar.
  8. 8. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERI ZADO pelo fato de que os elementos rotativos (104A-104D) são dispostos de um modo coaxial.
  9. 9. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o conjunto de elementos rotativos compreende quatro dos referidos membros rotativos (104A-104D), e o conjunto de dispositivos sensores compreende quatro dos referidos dispositivos sensores (110A-110D) configurados para medir e emitir uma posição angular de um respectivo elemento dos quatros elementos rotativos.
  10. 10. Método de fornecer uma indicação de uma posição angular (Ototal) de um elemento de entrada (106) durante uma multiplicidade de giros, o método incluindo:
    Petição 870190088811, de 09/09/2019, pág. 13/17
    5/7 a medição de uma posição angular de um conjunto de elementos rotativos (104) configurados, em uso, para girar de acordo com a rotação de um elemento de entrada (106), sendo os elementos rotativos configurados para girar simultaneamente, mas a velocidades diferentes, e a produção de uma indicação de uma posição angular (Ototal) do elemento de entrada durante uma multiplicidade de giros usando as medições da posição angular recebidas a partir de um conjunto de dispositivos sensores (110), em que o conjunto de elementos rotativos compreende pelo menos três dos referidos elementos rotativos, e o conjunto de dispositivos sensores compreende pelo menos três dos referidos dispositivos sensores configurados para medir e emitir uma medição de posição angular absoluta por 360° de um respectivo elemento dos pelo menos três elementos rotativos, em que cada um dos referidos elementos rotativos tem uma razão singular de rotação em relação à cada outro elemento rotativo do referido conjunto de elementos rotativos, em que um elemento do conjunto de elementos rotativos diretamente aciona todos os demais elementos rotativos, e em que cada elemento da multiplicidade de elementos rotativos (104A-104D) tem uma posição nocional zero de rotação, o método CARACTERIZADO pelo fato de que computa a distância da qual os elementos rotativos passaram a partir das suas posições zero de rotação por meio de;
    Petição 870190088811, de 09/09/2019, pág. 14/17
    6/7 retroceder virtualmente (402) um primeiro elemento dos elementos rotativos (104A) em uma sequência a partir da sua posição atual até a sua posição zero de rotação, para fornecer uma contribuição de rotação para a referida etapa de retrocesso virtual (Xa) ; e, em seguida para cada elemento rotativo (104B-104D) exceto pelo primeiro elemento rotativo na sequência:
    computar (406) uma posição virtual do elemento rotativo (104B-104D) com base em um ângulo através do qual um elemento rotativo (104A) anterior na sequência foi girado enquanto se procedia ao seu retrocesso virtual (702B), e retroceder virtualmente (408) o elemento rotativo (104B-104D) e todos o(s) elemento(s) rotativo(s) (104A) anteriores na sequência, a partir da referida posição virtual computada (702B) com base em um ângulo através do qual um elemento rotativo anterior na sequência foi girado enquanto se procedia ao seu retrocesso virtual, de modo que o membro rotativo (104B-104D) e todos o(s) elemento(s) rotativo(s) (104A) anteriores na sequência se encontrem na sua posição zero (704), para fornecer uma contribuição de rotação para a referida etapa de retrocesso virtual (Xb, Xc, Xd) ; e uma vez que todos os membros rotativos (104B104D) forem retrocedidos virtualmente para as suas posições zero (708), a etapa final de produzir a indicação de uma posição angular (Ototal) de um elemento de entrada (106) durante uma multiplicidade de giros compreende a combinação da contribuição de rotação (Xa, Xb, Xc, Xd) calculada a
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    7/7 partir de cada etapa de retroceder virtualmente um elemento rotativo..
  11. 11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui ainda a provisão de 5 pelo menos um contador incremental (114C) associado com pelo menos um dos elementos rotativos (104), e a utilização da saída do pelo menos um contador incremental para calcular a posição do elemento de entrada com base em uma contagem de multiplicidade de giros do pelo 10 menos um elemento rotativo associado.
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