BR112013005127B1

BR112013005127B1 - método e dispositivos para promover a interface em tempo real de uma pluralidade de elementos móveis com um sistema informatizado

Info

Publication number: BR112013005127B1
Application number: BR112013005127-2A
Authority: BR
Inventors: Valentin Lefevre; Christophe Duteil
Original assignee: Starbreeze Paris
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2021-03-16
Also published as: CN103189825A; KR20130105851A; ES2674909T3; FR2964479B1; JP2013536962A; FR2964479A1; EP2612226B1; WO2012028827A8; KR101872246B1; CN103189825B; EP2612226A1; US8923885B2; WO2012028827A1; US20130157690A1; BR112013005127A2; JP5824048B2

Abstract

MÉTODO E DISPOSITIVOS PARA PROMOVER A INTERFACE EM TEMPO REAL DE UMA PLURALIDADE DE ELEMENTOS MÓVEIS COM UM SISTEMA INFORMATIZADO. A presente invenção tem por objetivo especialmente o interfaceamento em tempo real de uma pluralidade de elementos móveis com um sistema informatizado. Depois de selecionado pelo menos um módulo de localização integrado a um elemento móvel, o dito pelo menos um módulo de localização integrado a um elemento móvel, o dito pelo menos um módulo de localização é ativado de maneira sequencial. Então, pelo menos um sinal é recebido do dito pelo menos um módulo de localização ativado e pelo menos uma informação de posição do dito elemento móvel compreendendo o dito pelo menos módulo de localização ativado é calculada em tempo real a partir do dito pelo menos um sinal recebido. Um único módulo de localização pode ser ativado em dado momento.

Description

[0001] A presente invenção diz respeito às interfaces entre um usuário e um sistema informatizado, especialmente no campo dos jogos, e mais particularmente a um método e dispositivos que promovem a interface de uma pluralidade de elementos móveis com um sistema informatizado.

[0002] Nas numerosas situações, pode ser necessário, em um sistema informatizado, detectar a posição e/ou orientação de elementos móveis para permitir aos últimos reagir em consequência. Desse modo, por exemplo, em um jogo de xadrez que permite a um usuário jogar contra um jogador virtual simulado através do sistema informatizado, o aplicativo implantado no sistema informatizado deve conhecer a posição de todas as peças do tabuleiro de xadrez, especialmente aquelas deslocadas pelo usuário, para calcular sua jogada.

[0003] Existem soluções para detectar a posição e/ou orientação de objetos reais em um tabuleiro de jogo que permitem utilizar esses objetos como interface de um sistema informatizado.

[0004] Desse modo, por exemplo, as telas tácteis do tipo resistivas podem ser utilizadas como tabuleiro de jogo para detectar a posição de um objeto, como uma caneta (stylus), quando uma pressão suficiente é aplicada. No entanto, esse tipo de tela, de maneira geral, suporta apenas um único contato e necessita da pressão constante do usuário para perceber a posição. Em outras palavras, não é possível detectar a posição da caneta se a pressão exercida por ela for pequena.

[0005] É ainda possível utilizar as telas tácteis do tipo capacitivas, baseadas no princípio de uma fuga de corrente através de um corpo condutor. No entanto, somente objetos condutores e aterrados permitem a detecção de sua posição. Desse modo, por exemplo, as posições de objetos plásticas ou de madeira não podem ser determinadas com o auxílio de tais telas.

[0006] Além disso, de maneira geral, as soluções baseadas na tela táctil, ou filme táctil, suportam apenas um número limitado de contatos simultâneos ou quase simultâneos e não permite a determinação de um número importante de objetos.

[0007] Outras soluções implantam tecnologias baseadas em infravermelho, especialmente sob a forma de tabuleiros. Desse modo, por exemplo, os produtos conhecidos sob as denominações Surface (Surface é uma marca da Microsoft), de mTouch (mTouch é uma marca da Merel Technologies) e de Entertaible (Entertaible é uma marca da Philips) utilizam câmeras de infravermelho dispostas na espessura do tabuleiro. No entanto, a espessura imposta a tais tabuleiros os tornam inconvenientes, pouco móveis e confere certa rigidez. Adicionalmente, seu custo não permite verdadeiramente o uso doméstico.

[0008] Enfim, essas soluções não permitem detectar a altura, em relação a uma referência predeterminada, de elementos móveis cujos movimentos e/ou orientações são detectados.

[0009] A invenção permite solucionar pelo menos um dos problemas anteriormente expostos.

[0010] A invenção tem ainda por objetivo um método para promover a interface em tempo real de uma pluralidade de elementos móveis com um sistema informatizado, o método compreendendo as seguintes etapas,

[0011] transmissão de um sinal de ativação a pelo menos um módulo de localização integrado a pelo menos um elemento móvel da dita pluralidade de elementos móveis;

[0012] ativação sequencial do dito pelo menos um módulo de localização, a dita ativação compreendendo uma etapa de comutação para excitar um elemento radiante do dito pelo menos um módulo de localização;

[0013] recepção de pelo menos um sinal do dito pelo menos um módulo de localização ativado;

[0014] o cálculo, a partir do dito pelo menos um sinal recebido, de pelo menos uma informação de posição do dito elemento móvel que compreende o dito pelo menos um módulo de localização ativado, um único módulo de localização que pode ser ativado em dado instante.

[0015] O método de acordo com a invenção permite ainda a um sistema informatizado determinar, de maneira simples e eficaz e em tempo real, a posição de um número importante de elementos móveis que podem ser utilizados para interagir com o sistema informatizado.

[0016] De acordo com uma modalidade particular, o dito sinal de ativação compreende um dado que permite a identificação de um módulo de localização para ativar seletivamente um único módulo de localização. A sequência de ativação é então determinada através do sistema informatizado e a lógica dos módulos de localização é simples pelo fato de consistir essencialmente em comparar um identificador recebido com um identificador predeterminado.

[0017] De acordo com outra modalidade particular, o dito sinal de ativação é um sinal de ativação comum para controlar de maneira comum a ativação de uma pluralidade de módulos de localização. A sequência de ativação, de acordo com essa modalidade, é determinada pela lógica dos módulos de localização, em combinação com o sistema informatizado ou não. De acordo com essa modalidade, o sistema informatizado não necessita conhecer previamente os módulos de localização.

[0018] Ainda de acordo com uma modalidade particular, o método compreende adicionalmente uma etapa para calcular um valor de temporização para cada módulo de localização da dita pluralidade de módulos de localização, o dito valor de temporização representando um intervalo de tempo entre a recepção de um sinal de ativação e a ativação do módulo de localização. A sequência de ativação dos módulos de localização é então definida pelos valores de temporização associados aos mesmos.

[0019] Cada valor de temporização é determinado, por exemplo, de acordo com um dado de identificação do módulo de localização.

[0020] Os valores de temporização podem ser determinados dinamicamente permitindo então promover a interface dos novos elementos móveis e/ou suprimir os elementos móveis da interface sem que seja necessário reconfigurar esses últimos. Tal determinação dinâmica pode basear-se especialmente na utilização de um algoritmo de acesso múltiplo por divisão de tempo.

[0021] O dito sinal de ativação comum pode ser induzido por um sinal utilizado independentemente do dito método. Ele pode ser, por exemplo, um sinal induzido por uma tela de sincronização de uma tela utilizada. Portanto, não é necessário, nesse caso, gerar um sinal específico. De acordo com uma modalidade particular, o método compreende adicionalmente uma etapa para calcular pelo menos uma informação de orientação do dito elemento móvel, o dito elemento móvel compreendendo pelo menos dois módulos de localização.

[0022] Ainda de acordo com uma modalidade particular, o método compreende adicionalmente uma etapa de transmissão de pelo menos um dado do dito pelo menos um módulo de localização ao dito sistema informatizado. O dito pelo menos um dado pode ser especialmente representativo de um identificador do dito pelo menos um módulo de localização. Ele permite, nesse caso, com referência ao sistema informatizado, associar uma posição a um módulo de localização. Ele também pode ser representativo de um estado do módulo de localização ou de uma função associada a esse último.

[0023] Ainda de acordo com uma modalidade particular, o método compreende adicionalmente uma etapa de controle da validade do dito pelo menos um módulo de localização, a dita etapa de ativação sequencial do dito pelo menos um módulo de localização sendo efetuada em resposta à dita etapa de controle da validade. Desse modo, determinam-se somente as posições e/ou orientações dos elementos móveis que desempenham uma função ativa de interfaceamento com o sistema informatizado.

[0024] O método compreende adicionalmente, de preferência, uma etapa de atribuição de um estado de validade ou invalidade ao dito pelo menos um módulo de localização, o dito estado de validade ou invalidade sendo determinado de acordo com a dita pelo menos uma informação de posição.

[0025] Ainda de acordo com uma modalidade particular, a dita etapa de recepção de pelo menos um sinal compreende uma etapa de seleção sequencial de uma pluralidade de receptores, o dito pelo menos um sinal sendo recebido a partir de pelo menos um receptor selecionado na dita pluralidade de receptores. Desse modo é possível determinar a posição de um módulo de localização de acordo com as características dos sinais recebidos e dos receptores selecionados.

[0026] A invenção tem ainda por objetivo um elemento móvel para um dispositivo destinado a promover a interface de uma pluralidade de elementos móveis com um sistema informatizado, o dito elemento móvel compreendendo pelo menos um módulo de localização, o dito módulo de localização compreendendo os seguintes meios,

[0027] meios para emitir um sinal que permite calcular a posição do dito módulo de localização;

[0028]meiospara gerar um sinal de excitação dos ditos meios para emitir um sinal;

[0029]meiosde comutação para controlar a transmissão do dito sinal de excitação aos ditos meios para emitir um sinal; e,

[0030]meiospara receber um sinal de ativação e, de acordo com pelo menos uma informação do dito sinal de ativação, ativar os ditos meios de comutação para permitir a emissão de um sinal que permita calcular a posição do dito módulo de localização.

[0031] O elemento móvel de acordo com a invenção permite dessa maneira que um sistema informatizado determine, de maneira simples e eficaz e em tempo real, a posição de um número importante de elementos móveis que podem ser utilizados para interagir com o sistema informatizado.

[0032] De acordo com uma modalidade particular, os ditos meios para receber um sinal de ativação compreendem meios para calcular um valor de temporização, o dito valor de temporização representando um intervalo de tempo entre a recepção de um sinal de ativação e a ativação dos ditos meios de comutação.

[0033] A sequência de ativação dos módulos de localização é então definida pelos valores de temporização que lhes são associados.

[0034] Ainda de acordo com uma modalidade particular, o dito pelo menos um módulo de localização compreendendo pelo menos um solenoide, excitável por indução, para alimentar eletricamente os componentes do dito pelo menos um módulo de localização.

[0035] A invenção tem ainda por objetivo um dispositivo para promover a interface de uma pluralidade de elementos móveis com um sistema informatizado, o dispositivo compreendendo meios adaptados para implantar cada uma das etapas do método anteriormente descrito. As vantagens de tal dispositivo são similares às anteriormente elencadas.

[0036] Outras vantagens, finalidades e características da presente invenção surgem da descrição detalhada adiante, produzidas a título de exemplo não limitante, em comparação às desenhos anexados onde:

[0037] a Figura 1 ilustra esquematicamente um exemplo de arquitetura de implantação da invenção;

[0038] a Figura 2 ilustra um exemplo da superfície de detecção e lógica associada, segundo a invenção, de acordo com uma primeira modalidade;

[0039] a Figura 3 ilustra esquematicamente o princípio físico do acoplamento indutivo entre um solenoide e um anel condutor de uma superfície de detecção;

[0040] a Figura 4 ilustra esquematicamente um mecanismo de interpolação que permite calcular a posição de um solenoide posicionado sobre uma superfície de detecção, de acordo com um dado eixo, a partir das medidas obtidas por um sistema tal como o descrito com referência à Figura 2;

[0041] as Figuras 5 e 6 ilustram um exemplo de superfície de detecção e lógica associada, segundo a invenção, de acordo com uma segunda e terceira modalidades, respectivamente;

[0042] a Figura 7 ilustra esquematicamente os blocos lógicos de um módulo de localização de um elemento móvel cuja posição e/ou orientação podem ser determinadas a partir de um sistema tal como os ilustrados nas Figuras 2, 5 e 6;

[0043] a Figura 8 ilustra um exemplo de implantação eletrônica do esquema lógico descrito com referência à Figura 7 relativo a um módulo de localização de um elemento móvel cuja posição e/ou orientação podem ser determinadas;

[0044] a Figura 9, compreendendo as Figuras 9a e 9b, ilustra esquematicamente dois exemplos de elementos móveis cuja posição e/ou orientação pode ser determinada e cuja posição e/ou orientação podem ser determinadas, respectivamente;

[0045] as Figuras 10 e 11 ilustram exemplos de algoritmos que podem ser utilizados para ativar sequencialmente um conjunto de módulos de localização e calcular as posições e/ou orientações dos elementos móveis correspondentes;

[0046] a Figura 12 ilustra um exemplo de cronograma de ativação de módulos de localização em função de um sinal de ativação comum;

[0047] a Figura 13, compreendendo as Figuras 13a e 13b, ilustra um terceiro exemplo de algoritmo que pode ser utilizado para ativar sequencialmente um conjunto de módulos de localização com o auxílio de um sinal de ativação comum; e,

[0048] a Figura 14 representa um cronograma de um sistema de ativação dinâmica dos módulos de localização.

[0049] De maneira geral, a invenção tem por objetivo determinar a posição (abscissa, ordenada e/ou altura) e/ou orientação (direção, tangagem e/ou rolagem) de elementos móveis ou de peças dispostas sobre uma superfície e utilizados conjuntamente. Para essa finalidade, a invenção implanta uma superfície de detecção de elementos móveis, cada um dos elementos móveis providos com pelo menos um módulo de localização e um módulo de ativação permitindo determinar a posição e, de preferência, a orientação, de cada elemento móvel, de maneira sequencial. A posição pode ser uma posição bidimensional, em um plano, ou uma posição tridimensional compreendendo uma altura (ou cota). Dessa maneira, a invenção visa a uma nova interface entre um usuário e um sistema informatizado ligado à posição e à orientação dos vários elementos móveis. A superfície de detecção pode ser combinada a uma tela para fornecer, por exemplo, elementos decorativos ou informações.

[0050] A título de ilustração, a captação das posições tridimensionais dos elementos móveis pode ser realizada por campo eletromagnético. Para essa finalidade, utiliza-se uma superfície de detecção das posições dos elementos móveis, formada por uma malha do tipo linha/coluna de captação eletromagnética. Ela é associada a um módulo eletrônico capaz de calcular, por demultiplexação, a posição de um módulo de localização emissor de um campo eletromagnético.

[0051] Cada módulo de localização, portanto, é selecionado de maneira sequencial, por exemplo, de acordo com um identificador adequado ao mesmo, a fim de que emita um campo eletromagnético. Para essa finalidade, cada módulo de localização compreende um mecanismo de ativação de tal maneira que, quando ele é ativado, emite um campo eletromagnético que pode ser captado pela superfície de detecção.

[0052] Um módulo de pilotagem de detecção de posição é associado à superfície de detecção a fim de ativar sequencialmente as emissões eletromagnéticas dos módulos de localização por meio de um sinal de comando ou controlar essa ativação sequencial. O sinal de comando entre esse módulo e os módulos de localização pode ser transmitido através de uma conexão com fio ou, de preferência, através de conexões sem fio, por exemplo, um sinal de rádio HF (sigla de alta Frequência) ou um sinal conformado aos padrões Wi-Fi, ZigBee ou Bluetooth (Wi-Fi, ZigBee e Bluetooth são marcas).

[0053] A superfície de detecção das posições, por exemplo, é uma placa do tipo PCB (sigla de Printed Circuit Board em terminologia anglossaxã) de recepção eletromagnética, maleável ou rígida. Ela pode estar associada a uma tela, também maleável ou rígida, táctil ou não táctil, por exemplo, uma tela do tipo LCD (sigla de Liquid Crystal Display em terminologia anglossaxã) ou OLED (acrônimo de Organic Light-Emitting Diode em terminologia anglossaxã) permite a movimentação dos elementos móveis sobre uma superfície visual interativa. A superfície de detecção também pode estar associada a uma superfície imantada que permite a movimentação dos elementos móveis sobre um plano inclinado, vertical ou invertido (de ponta cabeça) ou submetida a choques, sem alterar a detecção de posição.

[0054] A Figura 1 ilustra esquematicamente um exemplo de arquitetura 100 de implantação da invenção.

[0055] A arquitetura 100 compreende aqui um tabuleiro 105, por exemplo, um tabuleiro de jogo, sobre o qual estão dispostos os elementos móveis 110 que permitem ao usuário interagir com um sistema informatizado associado a esse tabuleiro deslocando os elementos móveis 110. Embora apenas cinco elementos móveis sejam representados nesse caso, é possível utilizar várias dezenas, talvez várias centenas. O tabuleiro 105 define a zona de detecção de posição e/ou de orientação dos elementos móveis implantados.

[0056] O tabuleiro 105 compreende aqui uma superfície de detecção 115 acoplada a uma tela 120 e a uma superfície imantada 125 (a superfície de detecção 115, a tela 120 e a superfície imantada 125 nesse caso são substancialmente paralelas). Ele compreende ainda um módulo material 130 (ou sistema de tratamento central) para detectar a posição e, se necessário, a orientação dos elementos móveis 110 bem como para instalar um ou vários aplicativos com os quais o usuário interage. O módulo material 130 é especialmente responsável por controlar as detecções de posições e/ou orientações dos elementos móveis, ou seja, identificar os módulos de localização seguidamente uns aos outros, ativá- los para que emitam, um de cada vez, um campo eletromagnético e avaliar suas posições.

[0057] O módulo material 130, de preferência, é inserido em um invólucro com os outros elementos do tabuleiro 105. Como alternativa, ele pode ser um módulo interno integrado, por exemplo, a um computador ou a um console de jogo. Ele pode ser alimentado eletricamente por bateria recarregável ou através de um adaptador fonte e apresenta um conjunto de conexões convencionais 135, por exemplo, uma tomada elétrica para adaptador fonte, portas USB, Ethernet, vídeo VGA (sigla de Video Graphics Array em terminologia anglossaxã) e/ou HDMI (sigla de High Definition Multimedia em terminologia anglossaxã), conforme o caso, especialmente se uma tela estiver associada à zona de detecção. Ele compreende adicionalmente, de preferência, um módulo de comunicação sem fio, por exemplo, um módulo de comunicação sem fio do tipo WIFI ou Bluetooth que permite interagir com outro sistema informatizado e/ou acessar os dados via uma rede de comunicação.

[0058] O módulo material 130 compreende tipicamente um módulo de cálculo e um módulo de pilotagem de detecção e captura de posição detalhado a seguir. O módulo de cálculo é aqui provido com uma unidade central de tratamento (CPU, sigla de Central Processing Unit em terminologia anglossaxã), uma unidade de tratamento gráfico (GPU, sigla de Graphic Processing Unit em terminologia anglossaxã), componentes de memórias (RAM, sigla de Random Access Memory em terminologia anglossaxã, ROM, sigla de Read Only Memory em terminologia anglossaxã e/ou do tipo Flash) para armazenar os programas e as variáveis necessárias à implantação da invenção, bem como um módulo de tratamento do som, sob a forma, por exemplo, de um conjunto de chips.

[0059] O módulo de pilotagem de detecção e captura de posição ativa sequencialmente, de preferência por rádio, cada módulo de localização cuja posição deva ser determinada ou controla essa ativação sequencial. Após a ativação, cada módulo de localização emite aqui um campo eletromagnético captado pela superfície de detecção. Essa última transmite, então, ao módulo de detecção e de captura de posição as informações que permitem calcular a posição de um módulo de localização, por exemplo, do tipo (x, y, z). Como descrito adiante, quando vários módulos de localização são associados a um mesmo elemento móvel, é possível, a partir das posições desses módulos de localização, determinar os parâmetros de orientação de tal elemento móvel, por exemplo, sob a forma de ângulos. As posições e/ou orientação de todos os elementos móveis cuja posição e/ou orientação devem ser determinadas são então transmitidas ao módulo de cálculo que as utiliza para controlar a interatividade com o aplicativo considerado.

[0060] A Figura 2 ilustra um exemplo de superfície de detecção e lógica associada de acordo com uma primeira modalidade.

[0061] A superfície de detecção 115 é aqui constituída por uma malha sob a forma de linhas e colunas que formam uma grade condutora. Essa última compreende um conjunto de anéis condutores que acompanham dois eixos ortogonais. Cada anel é um sensor discreto que permite medir a intensidade da corrente ou a tensão induzida por um elemento radiante, tipicamente um solenoide pertencente a um elemento móvel cuja posição e/ou orientação devem ser calculadas, que é posicionado na superfície de detecção.

[0062] A título de ilustração, admite-se aqui que um solenoide seja colocado na posição 200, quer dizer, na interseção dos anéis 205 e 210, onde uma de suas extremidades está ligada a uma massa e a outra extremidade está ligada aos componentes eletrônicos utilizados para calcular uma posição. Quando o solenoide situado na posição 200 é alimentado, ele gera uma corrente indutora nos anéis 205 e 210 que pode ser analisada e comparada à corrente induzida nos outros anéis. É ainda possível, por acoplamento indutivo entre o solenoide e a grelha e pela avaliação da corrente induzida, determinar a posição do solenoide.

[0063] Os multiplexadores 215 e 220 são ligados a cada um dos anéis de cada um dos dois eixos da grelha, quer dizer, a cada um dos anéis verticais e horizontais, respectivamente. As saídas dos multiplexadores 215 e 220 são conectadas a controladores automáticos de ganho (CAG) 225 e 230, respectivamente, do módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição, aqui referido como 130-1, do módulo material 130. Os sinais de saída dos controladores automáticos de ganho 225 e 230 são imediatamente demodulados nos demoduladores 235 e 240, respectivamente. A demodulação produz um sinal contínuo (DC, sigla de Direct Current em terminologia anglossaxã) proporcional à senoidal original completa dos componentes alternativos (AC, sigla de Alternating Current em terminologia anglossaxã) múltiplos da frequência fixa emitidos pelo solenoide.

[0064] De acordo com um esquema correntemente implantado, o módulo de cálculo, aqui referido como 130- 2 do módulo material 130, gerencia os multiplexadores 215 e 220 a fim de ativar sequencialmente os anéis, quer dizer, ativar um anel n+1 após um anel n. Quando o último anel é alcançado, o processador inicia um novo ciclo e gerencia a ativação do primeiro anel.

[0065] Um filtro passa-baixa é vantajosamente implantado em cada demodulador 235 e 240 para suprimir as harmônicas indesejáveis do sinal demodulado, bem como o ruído de fundo eletromagnético. Essa filtragem permite refinar as medições dos sinais emitidos pelos controladores automáticos de ganho 225 e 230, após a demodulação, os quais, em seguida, são digitalizados nos conversores analógico/digital (CAN) 245 e 250, respectivamente.

[0066] Os valores digitais obtidos são transmitidos à unidade central de tratamento (CPU) 255 do módulo de cálculo 130-2 para que sejam memorizados. Conforme ilustração, a unidade central de tratamento 255 controla os demoduladores 235 e 240.

[0067] Após memorização dos valores, a unidade central de tratamento incrementa o endereço dos multiplexadores a fim de realizar a digitalização dos sinais provenientes dos anéis seguintes. Quando um último anel é alcançado, a unidade central de tratamento reinicializa o endereço do multiplexador correspondente ao valor do primeiro anel do eixo considerado.

[0068] Ao fim de um ciclo, a unidade central de tratamento memorizou, para cada eixo, tantos valores digitais quantos forem os anéis adjacentes próximos à posição do solenoide. A partir desses valores, a unidade central de tratamento calcula a posição do solenoide por interpolação como descrito adiante.

[0069] Observa-se aqui que o aterramento dos anéis pode ser assegurado pelas bandas metálicas posicionadas entre os diferentes anéis para protegê-los contra as interferências eletromagnéticas. Uma alternativa consiste em dispor uma chapa de aterramento uniforme abaixo da grade condutora.

[0070] Além disso, o módulo de pilotagem de detecção e captura de posição 130-1 compreende aqui um transmissor de rádio 260, comandado pela unidade central de tratamento 255 do módulo de cálculo 130-2, que permite ativar um módulo de localização de um elemento móvel. A título de ilustração, a unidade central de tratamento 255 transmite ao transmissor de rádio 260 um identificador de um módulo de localização a ser ativado. Esse identificador é codificado e em seguida transmitido sob a forma de sinal de rádio digital ou analógico. Cada módulo de localização que recebe esse sinal, portanto, pode comparar o identificador recebido com seu próprio identificador e ativar a si mesmo caso os identificadores sejam idênticos.

[0071] Desse modo, para estimar a posição de um conjunto de módulo de localização, é necessário efetuar um ciclo em cada módulo de localização e, para cada um desses ciclos, de acordo com a modalidade aqui descrita, um ciclo em cada conjunto de anéis.

[0072] Várias superfícies de detecção podem ser combinadas entre si, a superfície da superfície de detecção resultante sendo a soma das superfícies das superfícies de detecção combinadas. Para essa finalidade, uma superfície de detecção é considerada mestre e as outras são consideradas escravas. A ativação sequencial dos elementos móveis é controlada pela superfície de detecção mestre que recebe, de preferência, as posições calculadas pelos módulos materiais associados a cada superfície de detecção escrava e as consolida elaborando uma tabela contendo as coordenadas e os ângulos de liberdade dos módulos de localização.

[0073] A Figura 3 ilustra esquematicamente o princípio físico do acoplamento indutivo entre um solenoide e um anel condutor de uma superfície de detecção.

[0074] Segundo a invenção, cada elemento móvel cuja posição e/ou orientação devem ser calculadas compreende pelo menos um solenoide que tem um eixo, de preferência, orientado para a superfície de detecção.

[0075] O solenoide 300 é percorrido por uma corrente alternada e emite um campo eletromagnético que se propaga para a superfície de detecção, especialmente, nesse exemplo, na direção do anel 210. O anel 210, recebendo um campo eletromagnético emitido pelo solenoide 300, acopla-se ao solenoide 300. É então possível medir um sinal alternado nos terminais desse anel, referenciado com o número 305.

[0076] O acoplamento entre o solenoide 300 e o anel 210 pode ser expresso pela seguinte forma de relação,

onde

[0077] E designa a tensão nos terminais do solenoide 300, R designa a tensão do sinal recebido nos terminais 305 do anel de recepção 210, D é a distância entre o solenoide 300 e o anel de recepção 210 e k é uma constante ligada aos fatores intrínsecos do sistema compreendendo o solenoide e o anel de recepção, especialmente o número de espirais do solenoide e o tamanho do anel.

[0078] A Figura 4 ilustra esquematicamente um mecanismo de interpolação que permite calcular a posição de um solenoide posicionado sobre uma superfície de detecção, de acordo com um dado eixo, a partir de medições obtidas por um sistema, tal como o descrito na Figura 2.

[0079] Presume-se aqui que o solenoide esteja situado próximo aos anéis verticais B3, B4 e B5, posicionados de acordo com as abscissas X3, X4 e X5, as denominações das tensões medidas nos terminais desses anéis sendo V3, V4 e V5, respectivamente. O solenoide se encontra em uma posição, na abscissa, denominada XS.

[0080] As coordenadas X3, X4 e X5 podem ser obtidas pela unidade central de tratamento a partir de um identificador do anel correspondente (esses valores são predefinidos de acordo com o esquema de roteamento da superfície de detecção e, de preferência, memorizados em uma memória não volátil).

[0081] A porção de curva 400 representada na Figura 4 ilustra a variação de tensão referente à posição XS do solenoide de acordo com as posições dos anéis acoplados ao solenoide, extrapolada a partir dos valores medidos pelos anéis B3, B4 e B5. Ela pode ser igualada a uma função do segundo grau do tipo parabólica. Essa aproximação local corresponde, na prática, ao fenômeno de acoplamento eletromagnético entre um solenoide e os anéis de uma grade condutora.

[0082] As relações adiante ilustram essa propriedade.

[0083] onde a e b são constantes, a sendo uma constante inferior a zero (a<0). Além disso, levando-se em conta a hipótese de uma função do segundo grau, as relações entre as abscissas X3, X4 e X5 podem ser expressas da seguinte forma,

[0084](ΔX representando a distância entre as abscissas X3 e X4 e entre as abscissasX4 e X5).

[0085] Desse modo, é possível interpolar a posição do solenoide de acordo com a seguinte fórmula:

[0086] Além disso, seguindo o mesmo raciocínio, é possível determinar a posição do solenoide de acordo com o eixo das ordenadas.

[0087] Adicionalmente, a distância entre o solenoide e o anel (quer dizer, a altura do solenoide em relação à superfície de detecção) pode ser definida de acordo com a seguinte relação

[0088] A distância D, portanto, é função do valor R que representa a tensão nos terminais dos anéis considerados da superfície de detecção. Ela pode ser extrapolada a partir das medições realizadas. Nota-se que a precisão desse cálculo de distância está especialmente ligada à estabilidade do sinal E emitido pelo solenoide, que deve exibir um valor o mais constante possível ao longo do tempo, o que demanda uma alimentação estabilizada no módulo de localização, não podendo ocorrer diminuição no momento de descarregamento da bateria. Isso pode ser assegurado por um regulador de tensão do módulo de localização.

[0089] A Figura 5 ilustra um exemplo da superfície de detecção e lógica associada de acordo com uma segunda modalidade.

[0090] Uma diferença essencial entre a superfície de detecção e lógica associada representadas nas Figuras 2 e 5 reside na utilização de multiplexadores adicionais e de amplificadores diferenciais.

[0091] Assim como a superfície de detecção 115 descrita anteriormente, a superfície de detecção 115' é aqui constituída de uma malha sob a forma de linhas e colunas que constituem uma grade condutora compreendendo um conjunto de anéis acompanhando dois eixos ortogonais. Do mesmo modo, cada anel é um sensor discreto que permite medir a intensidade da corrente ou a tensão induzida por um solenoide (pertencente a um elemento móvel cuja posição e/ou orientação devem ser detectadas) que é posicionado na superfície de detecção.

[0092] Dois multiplexadores são aqui associados a cada conjunto (vertical e horizontal) de anéis. Desse modo, para cada uma das duas dimensões da grelha, um primeiro multiplexador é conectado, como alternativa, a um anel em dois, enquanto um segundo multiplexador é conectado aos anéis restantes. O multiplexador 215'-1 é nesse caso conectado aos anéis verticais ímpares enquanto o multiplexador 215'-2 é conectado aos anéis verticais paires. Do mesmo modo, o multiplexador 220'-1 é aqui conectado aos anéis horizontais ímpares, enquanto o multiplexador 220'-2 é conectado aos anéis horizontais pares. As saídas dos multiplexadores 215'-1 e 2 5'-2, conectados aos anéis verticais, são ligadas a um amplificador distinto 500 enquanto as saídas dos multiplexadores 220'-1 e 220'-2, conectados aos anéis horizontais, são ligadas a um amplificador distinto 505.

[0093] Os multiplexadores e os amplificadores distintos produzem, então, para cada eixo da grelha da superfície de detecção, uma comparação imediata entre os sinais recebidos por dois anéis adjacentes. Em outras palavras, o sinal de saída de cada amplificador distinto é um sinal distinto.

[0094] Um tratamento semelhante ao descrito com referência à Figura 2 é aplicado em seguida aos sinais distintos. No entanto, a filtragem é aqui uma filtragem adaptativa (e não uma filtragem passa-baixa) a fim de suprimir o ruído comum e o ruído ligado à demodulação e, desse modo, aumentar a relação sinal-ruído. Essa modalidade permite uma amplificação maior e, por conseguinte, maior precisão no cálculo das posições. A unidade central do módulo de cálculo controla o filtro adaptativo para que esse, de preferência, retorne a zero após o fim de cada ciclo de mesures.

[0095] A saída de cada amplificador distinto 500 e 505 é ligada a um controlador automático de ganho (CAG) 225' e 230', respectivamente, do módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição, aqui referido como 130'-1. Os sinais de saída dos controladores automáticos de ganho 225 e 230 são imediatamente demodulados nos demoduladores 235' e 240', respectivamente, para obter um sinal contínuo proporcional à senoidal original completa dos componentes alternativos múltiplos da frequência fixa emitida pelo solenoide.

[0096] Novamente, o módulo de cálculo, aqui referido como 130'-2, controla os multiplexadores 215'-1, 215'-2, 220'-1 e 220'-2 a fim de ativar sequencialmente os anéis, quer dizer, para ativar um anel n+1 após um anel n. Quando o último anel é alcançado, o processador inicia um novo ciclo e controla a ativação do primeiro anel.

[0097] Como indicado anteriormente, um filtro adaptativo é vantajosamente implantado em cada demodulador 235' e 240' para suprimir as harmônicas indesejáveis do sinal demodulado, bem como o ruído de fundo eletromagnético. Essa filtragem permite refinar as medidas dos sinais emitidos pelos controladores automáticos de ganho 225' e 230', após a demodulação, os quais são em seguida digitalizados nos conversores analógico/digital 245' e 250', respectivamente.

[0098] Os valores digitais obtidos são transmitidos à unidade central de tratamento 255' do módulo de cálculo 130'-2 para que sejam memorizados. Conforme ilustração, a unidade central de tratamento 255' controla os demoduladores 235' e 240'.

[0099] Novamente, após a memorização dos valores, a unidade central de tratamento incrementa o endereço dos multiplexadores para realizar a digitalização dos sinais proveniente dos anéis seguintes. Quando um último anel é alcançado, a unidade central de tratamento reinicializa o endereço do multiplexador correspondente ao valor do primeiro anel do eixo considerado.

[00100] Ao fim de um ciclo, a unidade central de tratamento memorizou, para cada eixo, tantos valores digitais quantos forem os anéis adjacentes próximos à posição do solenoide. A partir desses valores, a unidade central de tratamento calcula a posição do solenoide por interpolação como já descrito anteriormente.

[00101] O aterramento dos anéis também pode ser assegurado pelas bandas metálicas posicionadas entre os diferentes anéis a fim de protegê-los das interferências eletromagnéticas, uma alternativa consistente para dispor uma placa de aterramento uniforme abaixo da grade condutora.

[00102] Assim como o módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição 130-1 descrito com referência à Figura 2, o módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição 130'-1 compreende aqui um transmissor de rádio 260', comandado pela unidade central de tratamento 255' do módulo de cálculo 130'-2, que permite ativar um módulo de localização.

[00103] A Figura 6 ilustra um exemplo de superfície de detecção e lógica associada de acordo com uma terceira modalidade.

[00104] Essa modalidade funde-se com aquela descrita com referência à Figura 2. Ela compreende adicionalmente dois amplificadores de ganho fixo, dois canais de demodulação com filtragem passa-baixa e conversão analógica/digital por eixo da grade condutora. Essa modalidade permite um cálculo preciso da altura dos elementos móveis situados acima da placa de detecção.

[00105] Observa-se aqui que o cálculo da altura impõe a utilização de dados de posições absolutos (e não relativos, como o que é possível para as posições de acordo com os eixos das abscissas e ordenadas).

[00106] Para essa finalidade, um segundo canal de captura de posição é instalado quando o controlador automático de ganho é substituído por um amplificador de ganho constante. A perda de precisão induzida pela supressão do controlador automático de ganho é substituída pela capacidade do amplificador de ganho constante de fornecer medições absolutas.

[00107] A superfície de detecção 115" é novamente constituída por uma malha sob a forma de linhas e colunas que constituem uma grade condutora compreendendo um conjunto de anéis acompanhando dois eixos ortogonais, cada anel formando um sensor discreto que permite medir a intensidade da corrente ou a tensão induzida por um solenoide (pertencente a um elemento móvel cuja posição e/ou orientação deve ser detectado) que é posicionado na superfície de detecção.

[00108] Os multiplexadores 215" e 220" são ligados a cada um dos anéis de cada um dos dois eixos da grelha, quer dizer, a cada um dos anéis verticais e horizontais, respectivamente. As saídas dos multiplexadores 215 e 220 são conectadas aos controladores automáticos de ganho (CAG) 225" e 230", bem como aos amplificadores de ganho fixo 600 e 605, respectivamente, do módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição, aqui referido como 130"-1.

[00109] Os sinais de saída dos controladores automáticos de ganho 225" e 230" são imediatamente demodulados nos demoduladores 235" e 240", respectivamente. A demodulação produz um sinal contínuo proporcional à senoidal original completa dos componentes alternativos múltiplos da frequência fixa emitida pelo solenoide.

[00110] Do mesmo modo, os sinais de saídas dos amplificadores de ganho fixo 600 e 605 são imediatamente demodulados nos demoduladores 610 e 615, respectivamente.

[00111] Novamente, o módulo de cálculo, aqui referido como 130"-2 controla os multiplexadores 215" e 220" a fim de ativar sequencialmente os anéis, quer dizer, ativar um anel n+1 após um anel n. Quando o último anel é alcançado, o processador inicia um novo ciclo e controla a ativação do primeiro anel.

[00112] Um filtro passa-baixa é vantajosamente implantado em cada demodulador 235", 240", 610 e 615 para suprimir as harmônicas indesejáveis do sinal demodulado, bem como o ruído de fundo eletromagnético. Essa filtragem permite especialmente refinar as medidas dos sinais emitidos pelos controladores automáticos de ganho 225" e 230", após a demodulação.

[00113] Os sinais de saída dos demoduladores 235", 240", 610 e 615 são em seguida digitalizados nos conversores analógica/digital (CAN) 245", 250", 620 e 625, respectivamente.

[00114] Os valores digitais obtidos são transmitidos à unidade central de tratamento 255" do módulo de cálculo 130"-2 para que sejam memorizados. Conforme ilustração, a unidade central de tratamento 255" controla os demoduladores 235", 240", 610 e 615.

[00115] Após memorização dos valores, a unidade central de tratamento incrementa o endereço dos multiplexadores para realizar a digitalização dos sinais provenientes dos anéis seguintes. Quando um último anel é alcançado, a unidade central de tratamento reinicializa o endereço do multiplexador correspondente ao valor do primeiro anel do eixo considerado.

[00116] Ao fim de um ciclo, a unidade central de tratamento memorizou, para cada eixo, tantos valores digitais quantos forem os anéis adjacentes próximos à posição do solenoide. A partir desses valores, a unidade central de tratamento calcula a posição do solenoide por interpolação como já descrito anteriormente.

[00117] Observa-se aqui que o aterramento dos anéis pode ser assegurado pelas bandas metálicas posicionadas entre os diferentes anéis a fim de protegê-los das interferências eletromagnéticas. Uma alternativa consiste em dispor uma placa de aterramento uniforme abaixo da grade condutora.

[00118] Além disso, o módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição 130"-1 compreende aqui um transmissor de rádio 260", comandado pela unidade central de tratamento 255" do módulo de cálculo 130"-2, que permite ativar um módulo de localização.

[00119] Os elementos móveis cuja posição e/ou orientação devem ser determinadas contêm pelo menos um módulo de localização que integra um receptor de ativação, de preferência sem fio, por exemplo, um módulo de comunicação via rádio HF, Wi-Fi, ZigBee ou Bluetooth, que permite receber um comando de ativação de suas emissões eletromagnéticas. Cada módulo de localização é capaz de determinar se o comando de ativação recebido, emitido por um módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição, é endereçado a ele ou não. Uma informação de identificação do módulo de localização de ativação pode ser transmitida sob a forma analógica ou digital.

[00120] A Figura 7 ilustra esquematicamente os blocos lógicos de um módulo de localização de um elemento móvel cuja posição e/ou orientação podem ser determinadas a partir de um sistema, tal como aquele anteriormente descrito. Esse elemento móvel, de preferência, é autônomo tanto no que diz respeito à sua alimentação elétrica quanto à recepção dos sinais de comando de emissão eletromagnética.

[00121] Dessa maneira, o módulo de localização 700 compreende um módulo de alimentação elétrica 705 que fornece uma tensão para o conjunto de componentes do módulo de localização, bem como um módulo de recepção e detecção de comando 710 que recebe e demodula um sinal, por exemplo, um sinal HF, emitido por um módulo externo de pilotagem da detecção e de captura de posição, para determinar se o sinal recebido visa a ativação desse módulo de localização. Como já descrito, esse tipo de detecção pode ser realizado através da comparação de um identificador recebido com um identificador previamente memorizado.

[00122] O módulo de localização 700 compreende adicionalmente um comutador 715, comandado pelo módulo de recepção e detecção de comando 710, bem como um amplificador seletivo 720 comandado pelo comutador 715. Enfim, o módulo de localização 700 compreende um oscilador local 725 que gera uma frequência, de preferência, fixa, estável e do tipo quadrada e um solenoide 730.

[00123] O amplificador seletivo 720 gera, de acordo com a posição do comutador 715 e a partir do sinal emitido pelo oscilador local 725, uma tensão senoidal nos terminais do solenoide 730, o que permite ao solenoide 730 gerar quase instantaneamente (quer dizer em tempo real) uma potência de radiação suficiente. Os tempos de estabelecimento quase instantâneo da oscilação do amplificador seletivo e de interrupção são obtidos pelo acoplamento formado entre o oscilador local 725 e o amplificador seletivo 720.

[00124] Para essas finalidades, o oscilador local 725 e o amplificador seletivo 720, de acordo com uma primeira modalidade, estão sempre ativos quando o módulo de localização é alimentado (não cessam em função da ativação do módulo de localização). O comutador 715 é então utilizado para encaminhar ou não o sinal do oscilador local 725 em direção à entrada do amplificador seletivo 720. Desse modo, quando o oscilador local 725 é comutado no amplificador seletivo 720, o amplificador seletivo 720 atinge sua frequência de oscilação adequada em tempo curtíssimo, tipicamente de alguns microssegundos (um oscilador padrão do tipo RLC necessita de um tempo de instalação de alguns milissegundos, incompatível com o tempo real). A interrupção do amplificador seletivo 720, consistente com a desconexão do oscilador local 725 do amplificador seletivo 720, pelas mesmas razões, é praticamente instantânea (da ordem de microssegundos).

[00125] De acordo com outra modalidade, o oscilador local 725 está sempre ativo enquanto o módulo de localização é alimentado (não cessa em função da ativação do módulo de localização), ao passo que o amplificador seletivo 720 só é alimentado quando o módulo de localização é ativado. O comutador 715 tem por objetivo, então, controlar a alimentação elétrica do amplificador seletivo 720. Os tempos de instalação do amplificador seletivo e interrupção são semelhantes aos da primeira modalidade.

[00126] Vários tipos de alimentação elétrica do módulo de localização podem ser utilizados. A alimentação pode ser obtida a partir de uma bateria recarregável e de um circuito de controle padrão. Ela também pode ser obtida com uma bateria e um regulador de tensão que permita obter uma tensão constante durante todo o intervalo de utilização da bateria. Essa solução é particularmente vantajosa quando o sistema tiver que calcular a altura dos elementos móveis implantados.

[00127] A alimentação também pode ser fornecida de maneira indireta, por telealimentação. De acordo com essa modalidade, uma camada de solenoides radiantes dedicados é posicionada abaixo da superfície de detecção. Esses solenoides são percorridos por um sinal senoidal e a potência emitida por cada solenoide é suficiente para telealimentar os módulos de localização posicionados acima dele. Os módulos de localização também são equipados com um solenoide para a recepção, por indução, do sinal emitido pelos solenoides presentes sob a superfície de detecção.

[00128] A telealimentação também pode estar acoplada à utilização de um condensador de forte capacitância que é carregado a partir do solenoide do módulo de localização. O condensador é então utilizado como fonte de tensão para alimentar os demais módulos. Como alternativa, a telealimentação pode estar acoplada à utilização de uma bateria presente no elemento móvel, por exemplo, uma bateria de lítio. O solenoide do módulo de localização, então, carrega constantemente esta bateria desde que seja percorrido por uma corrente induzida. Um circuito de proteção de carga/descarga é vantajosamente associado à bateria para que permaneça dentro da faixa de tensões aceitáveis. Como indicado anteriormente, se for necessário avaliar a altura dos elementos móveis, a fonte de tensão, de preferência, é regulada para que a tensão de alimentação permaneça constante durante um período de utilização dessa fonte de tensão, quer dizer, durante uma estimativa de posição e/ou de orientação do elemento móvel.

[00129] Os elementos móveis situados sobre uma superfície de detecção e utilizados conjuntamente podem empregar tipos de alimentação diferentes.

[00130] Além disso, quando um elemento móvel compreende mais de um módulo de localização, determinados componentes, especialmente a alimentação elétrica, podem ser comuns a determinados ou a todos os módulos de localização.

[00131] A Figura 8 ilustra um exemplo de implantação eletrônica do esquema lógico descrito com referência à Figura 7, referente a um módulo de localização de um elemento móvel cuja posição e/ou orientação podem ser determinadas.

[00132] O esquema eletrônico ilustrado na Figura 8 concebe um modo analógico com transmissão de N portadoras pelo módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição, N representando o número máximo de módulos de localização cujas posições podem ser calculadas através do sistema.

[00133] O módulo de recepção e detecção de comando 710 tem aqui por objetivo detectar a frequência da portadora associada ao módulo de localização considerado. Ele compreende, nesse exemplo de implantação, uma antena de recepção 800 e uma rede LC, compreendendo uma capacitância 802 e uma indutância 804, compatível com a frequência de emissão do módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição. Ele compreende ainda um diodo 806 responsável por suprimir o componente negativo do sinal, bem como um filtro RC passa-baixa, compreendendo uma resistência 808 e uma capacitância 810, responsável por suprimir a portadora. Se a portadora estiver presente, um sinal estará presente na saída do filtro enquanto que, se a portadora não corresponder ao módulo de localização considerado, o sinal é nulo na saída do filtro. O módulo de recepção e detecção de comando 710 compreende adicionalmente um transistor de comutação 812, que comanda o comutador 715 através da resistência 814 que permite ativar o amplificador seletivo 720. O transistor de comutação 812 nesse caso está ligado ao circuito RC por meio da resistência 816.

[00134] Essa implantação visa uma recepção de sinal de ativação por modulação de amplitude. No entanto, outras modalidades, como uma recepção por modulação de frequência ou uma recepção por modulação de fase, podem ser implantadas.

[00135] O comutador utilizado, por exemplo, é, um comutador HC 4066 da empresa Texas Instrument. Ele permite ativar ou de desativar o amplificador seletivo quase instantaneamente (tempo real). A ativação é realizada quando o comutador é de passagem, quer dizer, quando o amplificador seletivo está ligado à alimentação.

[00136] Como já descrito, o oscilador local 725 gera, de preferência, um sinal quadrado, e sua frequência é compatível com os anéis condutores da superfície de detecção (esses anéis sendo dimensionados para receber uma frequência específica). Nesse caso ele compreende um oscilador 818, por exemplo, um oscilador LTC 1799 da empresa Linear Technology, acoplado a uma resistência 820 que tem um valor de 4kOhms para definir uma frequência de oscilação de 250 KHz compatível com a frequência detectada pelos anéis da superfície de detecção.

[00137] O amplificador seletivo 720 permite converter o sinal quadrado gerado pelo oscilador local 725 em um sinal senoidal. Ele assegura, além disso, um ganho ideal para a frequência do oscilador local e permite obter a intensidade requerida do sinal senoidal que percorre o solenoide 730 e, portanto, a radiação eletromagnética ideal para a superfície de detecção utilizada.

[00138] O amplificador seletivo nesse caso é realizado a partir de um transistor de comutação 824, das capacitâncias 826 e 828, bem como da rede de resistências 830 a 838. A capacitância 828, por exemplo, tem o valor 33μF, enquanto a resistência 830 tem o valor 2kOhms, as resistências 832, 834, 836 e 838 1kOhms e a resistência 838 100kOhms. Desse modo, os tempos de instalação e de interrupção do amplificador seletivo 720 são os mais breves possíveis.

[00139] O módulo de recepção e detecção de comando 710 pode ser realizado utilizando outras variantes além da descrita anteriormente. Em particular, além do modo analógico com transmissão de N portadoras pelo módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição, é possível implantar um modo analógico utilizando uma única portadora contendo um sinal útil para a ativação de um módulo de localização. De acordo com essa variante, um sinal útil, cuja frequência deve ser detectada para ativar ou não um módulo de localização, é disponibilizado na saída do filtro RC passa-baixa. Esse sinal, por exemplo, pode ser filtrado em um filtro passa-banda com uma frequência de ressonância compatível com a frequência de ativação específica do módulo de localização considerado. A saída desse filtro passa- banda é em seguida transmitida a um transistor de comutação que ativa o comutador analógico permitindo a ativação do amplificador seletivo.

[00140] Como alternativa, um modo digital com transmissão de uma única portadora contendo um sinal útil digital para a ativação de um módulo de localização pode ser utilizado. De acordo com essa variante, um sinal útil é disponibilizado na saída do filtro RC passa-baixa. Esse sinal é tipicamente um sinal quadrado contendo uma informação digital codificada em vários bits que permite a ativação de uma pluralidade de módulos de localização. Cada módulo de localização é equipado com um microcontrolador que decodifica esse sinal e, em função do valor codificado e de um valor predeterminado, ativa o comutador analógico e assim o amplificador seletivo.

[00141] Outros protocolos de comunicação, tais como Wi-Fi, ZigBee ou Bluetooth podem ser utilizados para transmitir um comando de ativação.

[00142] O par formado por um oscilador local e por um amplificador seletivo fornece determinadas vantagens. Em particular, o oscilador local estando sempre ativo, não é necessário sua ativação e desativação. Adicionalmente, o amplificador seletivo utilizado é o elemento que funciona por comutação (ele é alimentado ou não de acordo com a posição do comutador analógico). Essa implantação, portanto, permite um tempo bastante breve de ativação e desativação do amplificador seletivo e melhorar o tempo de comutação e, desse modo, o tempo do ciclo global (um ciclo correspondente à ativação/desativação do conjunto dos módulos de localização).

[00143] É possível, no entanto, implantar variantes mais simples de osciladores que possam substituir o par formado pelo oscilador local e pelo amplificador seletivo, tipicamente uma montagem conhecida sob a denominação de montagem do tipo Clapp ou Colpitts.

[00144] Como já descrito, os módulos de localização para ativação podem ser identificados de maneira analógica ou digital. A identificação analógica de um módulo de localização pode ser realizada através do envio de uma frequência dedicada, de acordo com vários modos, em particular de acordo com uma frequência da portadora específica para cada módulo de localização (essa frequência identifica o módulo de localização que é ativado). A eletrônica envolvida, portanto, reage à portadora específica correspondente a ela. Como alternativa, uma frequência única de portadora pode ser utilizada para todos os módulos de localização. Essa frequência modula um sinal útil que é recebido por cada módulo de localização. É o valor da frequência modulada desse sinal útil que permite a identificação do módulo de localização a ser detectado. As frequências de ativação de cada módulo de localização, por exemplo, são definidas na fábrica no momento de sua montagem e são configuradas no módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição utilizando software.

[00145] A identificação digital de um módulo de localização é efetuada pela transmissão de um código, tipicamente de vários bits, em uma mensagem de ativação. Esse mecanismo de identificação permite maior flexibilidade de utilização por proporcionar a programação (e, portanto, a modificação) da identificação de cada módulo de localização.

[00146] A Figura 9, compreendendo as Figuras 9a e 9b, ilustra esquematicamente dois exemplos de elementos móveis cuja posição e/ou orientação pode ser determinada e cuja posição e/ou orientação podem ser determinadas, respectivamente.

[00147] O elemento móvel 110 representado na Figura 9a compreende um único módulo de localização 700. Conforme a ilustração, o eixo radial do solenoide é vantajosamente perpendicular ao plano da superfície de detecção a fim que a radiação eletromagnética do solenoide se propague de maneira ideal em direção a essa superfície.

[00148] A posição tridimensional do elemento móvel 110, que compreende um único solenoide, pode ser calculada segundo a invenção, como já descrito. De fato, a partir da posição calculada do solenoide do módulo de localização 700 e conhecendo a posição desse módulo no elemento móvel 110, é possível deduzir a posição do elemento móvel 110, quer dizer a posição de um ponto de referência desse elemento móvel. Quando vários elementos móveis estão presentes na superfície de detecção, a posição de cada elemento móvel é determinada de maneira sequencial.

[00149] O elemento móvel 100' representado na Figura 9b compreende dois módulos independentes de localização 700-1 e 700-2. Novamente, conforme ilustração, o eixo radial dos solenoides é vantajosamente perpendicular ao plano da superfície de detecção a fim que a radiação eletromagnética do solenoide se propague de maneira ideal em direção a essa superfície.

[00150] Cada solenoide 700-1 e 700-2 do elemento móvel 110' pode ser ativado independentemente dos demais, de maneira sequencial. Desse modo, é possível determinar a posição do elemento móvel 110' determinando a posição de cada solenoide dos módulos de localização 700-1 e 700-2 e conhecendo sua posição no elemento móvel 110'. Do mesmo modo, é possível conhecer a orientação desse elemento móvel a partir das posições relativas dos solenoides dos módulos de localização 700-1 e 700-2 e de sua posição no elemento móvel 110'. É conveniente observar nesse caso que a utilização das coordenadas dos solenoides dos módulos de localização 700-1 e 700-2, no plano da superfície de detecção, permite determinar a orientação do elemento móvel 110' nesse plano, enquanto que, a utilização da altura dos solenoides dos módulos de localização 700-1 e 700-2 permite calcular a tangagem do elemento móvel 110’.

[00151] Nota-se aqui que os elementos móveis que compreendem um único solenoide e que compreendem dois solenoides podem ser utilizados conjuntamente sobre uma superfície de detecção desde que o módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição utilizado seja capaz de ativar (diretamente ou não) cada solenoide independentemente dos demais.

[00152] A captura de orientação dos elementos móveis, portanto, pode ser obtida dotando cada elemento móvel com pelo menos dois módulos de localização (que não devem estar alinhados de acordo com uma perpendicular à superfície de detecção) e definindo uma regra de identificação desses módulos de localização.

[00153] A rolagem de um elemento móvel pode ser determinada dotando esse último de dois módulos de localização complementares (são então utilizados quatro módulos de localização) e completando a regra de identificação desses módulos para associar os identificadores desses quatro módulos de localização a um elemento móvel.

[00154] A partir das posições tridimensionais de quatro módulos de localização de um elemento móvel, é possível calcular seus seis graus de liberdade.

[00155] É possível ainda, associando três módulos de localização a um elemento móvel, formando um triângulo equilátero, calcular aproximadamente seus seis graus de liberdade.

[00156] A ativação sequencial de módulos de localização, por um módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição, permite estimar a posição e/ou orientação de uma pluralidade de elementos móveis guarnecidos com esses módulos de localização.

[00157] Quando um módulo de localização recebe um comando de ativação dedicado ao mesmo, ele aciona uma emissão eletromagnética. O sistema de detecção, conhecendo a identificação do módulo de localização em processo de emissão, portanto, podem ligar as informações de posição calculadas ao identificador do módulo de localização.

[00158] O módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição nesse caso é encarregado de ativar sequencialmente uma emissão eletromagnética por módulo de localização, recuperar um a um o conjunto das posições e, conhecendo as ligações entre os identificadores dos módulos de localização e os identificadores de elementos móveis, calcular, conforme o caso, as orientações a fim de associar as posições e/ou orientações aos identificadores de elementos móveis. Assim ele constrói uma tabela contendo, para cada elemento móvel, um identificador, uma abscissa, uma ordenada e, de preferência, uma altura em um ponto de referência da superfície de detecção bem como, conforme o caso, valores de guinada, tangagem e rolagem.

[00159] A ativação sequencial da emissão eletromagnética dos módulos de detecção permite a utilização de uma única frequência de emissão para o conjunto dos elementos móveis controlados pelo sistema. Diferentes algoritmos de ativação podem ser utilizados pelo módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição. Desse modo, é possível ativar sistematicamente todos os módulos de localização, ativar um subconjunto de módulos de localização, esse subconjunto sendo, por exemplo, definido através da programação por meio do módulo de cálculo (esse tipo de implantação permite, em particular, reduzir a duração global da sequência de ativação completa das peças) ou ativar os módulos de localização de acordo com o contexto. Essa última solução permite especialmente controlar o fato de que determinados elementos móveis possam abandonar a superfície de detecção e que suas posições e/ou orientação não mais necessitem ser calculadas. No entanto, um anel secundário, de preferência, supervisiona sua possível reintegração à superfície de detecção e a necessidade induzida de novamente captar sua posição e/ou orientação. Essa modalidade permite aperfeiçoar a duração global da sequência de ativação do conjunto dos módulos de localização que devem ser ativados.

[00160] A Figura 10 ilustra um primeiro exemplo de algoritmo que pode ser utilizado para ativar sequencialmente um conjunto de módulos de localização e calcular as posições e/ou orientações dos elementos móveis correspondentes.

[00161] Uma primeira etapa consiste aqui em inicializar uma variável i, que representa um índice dos módulos de localização, ao valor zero (etapa 1000). Em uma etapa seguinte (etapa 1005), o valor da variável i é comparado ao valor de uma constante M que representa o número de módulos de localização suportados pelo sistema. Tipicamente, a ordem de grandeza da constante M equivale a cem. Se o valor da variável i for superior ou igual ao da constante M, a variável i é reinicializada (etapa 1000).

[00162] Se, pelo contrário, o valor da variável i for inferior ao da constante M, é realizado um teste para determinar se o módulo de localização que tem o índice i é utilizado (etapa 1010), quer dizer se o módulo de localização que tem o índice i é válido. A validade dos módulos de localização pode ser memorizada em uma tabela que pode ser atualizada por um aplicativo que utiliza a interface formada pelos elementos móveis compreendendo esses módulos de localização e o sistema de localização desses módulos. Conforme ilustrado pela utilização de linha pontilhada, essa etapa é opcional.

[00163] Se o módulo de localização correspondente ao índice i for válido, esse módulo é ativado (etapa 1015). Como já descrito, a ativação do módulo de localização que tem o índice i consiste, por exemplo, em emitir um sinal cuja portadora tem uma frequência que caracteriza um identificador desse módulo de localização.

[00164] Quando o módulo de localização que tem o índice i é ativado, ele emite um campo eletromagnético que permite sua localização através da medição das tensões induzidas nos anéis da superfície de detecção como indicado anteriormente.

[00165] O módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição é então capaz de calcular a posição do módulo de localização ativado (etapa 1020).

[00166] Essas informações são memorizadas para exploração pelo módulo de cálculo (etapa 1025). Elas podem ser especialmente memorizadas em uma tabela de posição dos módulos de localização a partir da qual podem ser estimadas as posições e/ou orientações dos elementos móveis que compreendem esses módulos de localização.

[00167] A variável i aumenta então em uma unidade (etapa 030) e as etapas precedentes são repetidas (etapas 1005 a 1030) até que as posições de todos os módulos de localização (ou módulos válidos de localização) tenham sido determinadas.

[00168] Do mesmo modo, se o módulo de localização correspondente ao índice i não for válido (etapa 1010), a variável i é aumentada em uma unidade (etapa 1030) e as etapas precedentes são repetidas (etapas 1005 a 1030) até que as posições de todos os módulos de localização (ou módulos válidos de localização) tenham sido determinadas.

[00169] A posição e/ou orientação de cada elemento móvel são calculadas a partir das posições dos módulos de localização. Esse cálculo pode ser efetuado quando as posições de todos os módulos válidos de localização foram calculadas ou, elemento móvel por elemento móvel, quando as posições de todos os módulos válidos de localização pertencentes a um mesmo elemento móvel foram calculadas.

[00170] Observa-se aqui que a validade de módulos de localização pode estar especialmente ligada à lógica do aplicativo que utiliza a interface formada pelos elementos móveis que compreende esses módulos de localização e o sistema de localização desses módulos. A título de ilustração, no caso de um jogo, os módulos não válidos de localização podem corresponder aos elementos móveis que representam os peões não utilizados na partida, por exemplo, as peças que foram tomadas ao longo de uma partida de xadrez ou peões não utilizados em dado cenário de jogo.

[00171] A Figura 11 ilustra um segundo exemplo de algoritmo que pode ser utilizado para ativar sequencialmente um conjunto de módulos de localização e calcular as posições e/ou orientações dos elementos móveis correspondentes.

[00172] Esse algoritmo permite especialmente controlar o fato de que determinados elementos móveis possam abandonar a zona de movimentação (quer dizer, aqui a superfície de detecção) e que as posições e/ou orientações dos elementos móveis correspondentes não mais necessitam ser estimadas. Um anel de software secundário, no entanto, supervisiona sua possível reintegração à superfície de detecção e a necessidade induzida de estimar novamente suas posições e/ou orientações. Esse algoritmo permite, comparado ao algoritmo descrito com referência à Figura 10, reduzir a duração global da sequência de ativação do conjunto dos módulos de localização controlando dinamicamente sua validade.

[00173] Nesse algoritmo, a constante M corresponde ao número máximo de módulos de localização suportados pelo sistema, a variável i caracteriza o índice de um módulo de localização, a tabela P corresponde à tabela de posições dos módulos de localização, a tabela V corresponde à tabela de validade dos módulos de localização, a variável C é uma variável global correspondente ao número total de módulos de localização utilizados, K é uma constante predeterminada correspondente ao número máximo de iterações de pesquisa de módulos de localização além da superfície de detecção (um valor típico para K é da ordem de uma dezena) e A é uma variável que representa um índice de contagem das iterações de pesquisa dos módulos de localização situados além da superfície de detecção para um ciclo global.

[00174] Uma primeira etapa tem por objetivo inicializar as variáveis i e C a zero (etapa 1100). Em uma etapa seguinte o valor da variável i é comparado ao da constante M (etapa 1102). Se o valor da variável i for inferior ao da constante M, a tabela de validade dos módulos de localização é atualizada de tal maneira que o módulo de localização correspondente ao índice i seja considerado válido (etapa 1104). A variável i aumenta então em uma unidade (etapa 1106) e o novo valor da variável i é comparado ao da constante M (etapa 1102). As etapas 1102 a 1106 permitem inicializar a tabela de validade dos módulos de localização.

[00175] Se, pelo contrário, o valor da variável i for superior ou igual ao da constante M, a variável i é reinicializada a zero (etapa 1108). Em uma etapa seguinte o valor da variável i é novamente comparado ao da constante M (etapa 1110). Se o valor da variável i for inferior ao da constante M, é realizado um teste para determinar se o módulo de localização correspondente ao índice i é válido (etapa 1112). Se o módulo de localização correspondente ao índice i for válido, esse módulo é ativado (etapa 1114) de tal maneira que emite um campo eletromagnético que permite sua localização através da medição das tensões induzidas nos anéis da superfície de detecção.

[00176] O módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição está então em condições de calcular a posição e, conforme o caso, a orientação do módulo de localização ativado (etapa 1116).

[00177] É então efetuado um teste nas coordenadas obtidas do módulo de localização (etapa 1118). Se essas coordenadas forem nulas, a tabela de validade dos módulos de localização é atualizada de tal maneira que o módulo de localização correspondente ao índice i seja considerado não válido (etapa 1120). Caso contrário, se essas coordenadas não forem nulas, essas coordenadas são memorizadas para exploração pelo módulo de cálculo (etapa 1122). Elas podem ser especialmente memorizadas na tabela de posições dos módulos de localização a partir da qual podem ser estimadas as posições e/ou orientações dos elementos móveis que compreendem esses módulos de localização, como já descrito.

[00178] A variável i aumenta então em uma unidade (etapa 1124) e seu valor é novamente comparado ao da constante M (etapa 1110). Do mesmo modo, se o módulo de localização correspondente ao índice i não for válido (etapa 1112), a variável i é aumentada em uma unidade (etapa 1124) e seu valor é novamente comparado ao da constante M (etapa 1110).

[00179] Se o valor da variável i for superior ou igual ao da constante M (etapa 1110), o valor da variável A é inicializado ao valor zero (etapa 1126). Realiza-se então um teste para comparar o valor da variável A ao da constante K (etapa 1128). Se o valor da constante K for inferior ou igual ao da variável A, o valor da variável i é reinicializada a zero (etapa 1108) e as etapas descritas anteriormente são repetidas.

[00180] Caso contrário, é realizado um teste para determinar se o módulo de localização correspondente a um índice que tem seu valor igual a C não é válido (etapa 1130).

[00181] Em caso afirmativo, esse módulo é ativado (etapa 1132) de tal maneira que emite um campo eletromagnético que permite sua localização, por exemplo, através da medição das tensões induzidas nos anéis da superfície de detecção.

[00182] O módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição está então em condições de calcular a posição do módulo de localização ativado (etapa 1134).

[00183] É então efetuado um teste das coordenadas obtidas do módulo de localização (etapa 1136). Se essas coordenadas forem nulas, a tabela de validade dos módulos de localização é atualizada de tal maneira que o módulo de localização correspondente ao índice cujo valor é igual ao da variável C seja considerado não válido (etapa 1138). Caso contrário, a tabela de validade dos módulos de localização é atualizada de tal maneira que o módulo de localização correspondente ao índice cujo valor é igual ao da variável C seja considerado válido (etapa 1140).

[00184] Os valores das variáveis A e C são então aumentados em uma unidade (etapa 1142). Do mesmo modo, se o módulo de localização correspondente a um índice cujo valor é igual ao da variável C não for válido (etapa 1130), os valores das variáveis A e C são então aumentados em uma unidade (etapa 1 42).

[00185] Um teste é então realizado para comparar o valor da variável C ao da constante M (etapa 1144). Se o valor da variável C for inferior ao da constante M, os valores da variável A e da constante K são comparados (etapa 128) e as etapas anteriormente descritas são repetidas.

[00186] Se o valor da variável C for superior ou igual ao da constante M, o valor da variável C é reinicializado ao valor zero (etapa 1 46). Os valores da variável A e da constante K são então comparados (etapa 1128) e as etapas anteriormente descritas são repetidas.

[00187] De acordo com um terceiro exemplo de algoritmo que pode ser utilizado para ativar sequencialmente um conjunto de módulos de localização e calcular as posições e/ou orientações dos elementos móveis correspondentes, a ativação de todos os módulos de localização é iniciada por um sistema de tratamento central (módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição) com o auxílio de um sinal de ativação comum, cada módulo de localização determinando de maneira autônoma sua ativação em função do sinal de ativação comum. A definição dos valores de temporização associados a cada módulo de localização, quer dizer, o atraso entre a detecção do sinal de ativação comum (ou de uma de suas características denominada "instrução" de ativação na continuidade da descrição) e a ativação do módulo de localização, pode ser realizada de maneira estática, por exemplo, utilizando um identificador armazenado nos módulos de localização como chave de cálculo, ou de maneira dinâmica.

[00188] A Figura 12 ilustra um exemplo de cronograma de ativação de módulos de localização em função de um sinal de ativação comum.

[00189] Conforme ilustração, um sinal de ativação comum, com a notação sync, compreende aqui impulsões periódicas, de período P1 e de duração P2. Cada impulsão do sinal sync, que representa uma "instrução" de ativação, tem por objetivo a ativação sequencial dos módulos de localização (todos ou aqueles previamente selecionados). P2 corresponde à duração mínima que garante a detecção do sinal comum em todos os módulos de localização relevantes.

[00190] No momento da recepção de uma "instrução" de ativação do sinal sync, cada módulo de localização calcula ou determina o valor da temporização ao fim da qual ele deve ser ativado, quer dizer, tipicamente, o instante no qual o comutador 715 comanda o amplificador seletivo 720 para gerar uma tensão senoidal nos terminais do solenoide 730, o que permite a esse último gerar uma potência de radiação suficiente. O comutador 715, por exemplo, de acordo com esse exemplo, é um microcontrolador ou um circuito compreendendo duas básculas monoestáveis (uma utilizada como contador e a outra como comutador).

[00191] A ativação de cada módulo de localização i é representada, na Figura 12, por um sinal Activ. Mi. Desse modo, por exemplo, o módulo de localização 0 é ativado entre os instantes t1+P2 e H+P2+P3, P3 correspondente aqui à duração de ativação de cada módulo de localização (P3 é aqui definido como P1=P2+nxP3, onde n representa o número de módulos de localização que devem ser ativados durante um período P1), conforme representado pelo sinal Activ. MO. Do mesmo modo, o módulo de localização 1 é ativado entre os instantes t1 +P2+P3 e t1+P2+2xP3, conforme representado pelo sinal Activ. M1. De maneira mais geral, o módulo de localização é ativado entre os instantes t+P2+ixP3 e t+P2+(i+1)xP3 onde t representa o instante de recepção de uma "instrução" de ativação de um sinal de ativação comum.

[00192] A Figura 13, compreendendo as Figuras 13a e 13b, ilustra o terceiro exemplo de algoritmo que pode ser utilizado para ativar sequencialmente um conjunto de módulos de localização com o auxílio de um sinal de ativação comum. A Figura 13a representa determinadas etapas implantadas no sistema de tratamento central enquanto que a Figura 13b representa determinadas etapas implantadas em cada módulo de localização.

[00193] Conforme ilustrado na Figura 13a, uma primeira etapa (etapa 1300) consiste aqui em obter um valor que representa o instante presente, por exemplo, com o auxílio da função GetTime(), esse valor sendo memorizado em uma variável time. O sinal de ativação comum sync, ou mais precisamente uma “instrução” de ativação, é então emitido durante o intervalo de tempo P2 (etapa 1305) e a variável i, que representa um índice do módulo de localização, é inicializada em zero (etapa 1310).

[00194] Em uma etapa seguinte, obtém-se a posição (em duas ou três dimensões) de um módulo de localização ativado (etapa 1315). Essa posição pode ser especialmente obtida, como já descrito, com o auxílio de uma unidade central de tratamento (255, 255' ou 255"). A posição obtida é associada ao módulo de localização i (etapa 1320) e o valor da variável é aumentado em uma unidade (etapa 1325).

[00195] Um teste é então realizado para determinar se o valor da variável i é inferior ao número n de módulos de localização cujas posições são estimadas ao longo de um período P. Em caso negativo, quer dizer, depois de obtida a posição de cada módulo de localização cujas posições são estimadas ao longo de um período P1, o algoritmo retorna à etapa 1300 para recomeçar um novo ciclo de obtenção de posições.

[00196] Se, pelo contrário, o valor da variável for inferior ao número n de módulos de localização cujas posições são estimadas ao longo de um período P1, o instante presente é comparado ao instante previamente memorizado (time) ao qual são adicionados o período P2 e tantas vezes o período P3 multiplicado pelo valor do índice i, sendo time + P2 + i x P3 (etapa 1335).

[00197] Se o valor que representa o instante corrente for inferior ao valor time + P2 + i x P3, o algoritmo retorna à etapa 1335 (o módulo de localização cuja posição foi obtida se estiver sempre ativado, não permite determinar a posição do outro módulo de localização). Se, pelo contrário, o valor que representa o instante corrente não for inferior ao valor time + P2 + i x P3, o algoritmo retorna à etapa 1315 para obter a posição do módulo de localização que tem o índice i (cujo valor anteriormente foi incrementado).

[00198] Paralelamente às etapas descritas com referência à Figura 13a, cada módulo de localização cuja posição deve ser obtida executa as etapas da maneira ilustrada na Figura 13b.

[00199] Após ter recebido uma “instrução” de ativação (etapa 1340), tipicamente um impulsão do sinal sync, um valor de temporização P(i), onde i representa um índice de módulo de localização (diferente para cada módulo de localização e compreendido entre zero e o número do módulo de localização menos um), é calculado (etapa 1345) de acordo com a expressão seguinte:

[00200] P(i) = P2 + i x P3

[00201] P(i) representa dessa maneira uma duração entre o começo da "instrução" de ativação do sinal de ativação comum e o começo da ativação do módulo de localização que tem o índice i.

[00202] Une valor que representa o instante presente é então obtido, por exemplo, com o auxílio da função GetTime(), e atribuído às variáveis f e timer (etapa 1350).

[00203] Em seguida, o valor da variável timer é subtraído do valor da variável f e o resultado é comparado ao valor de temporização P(i) previamente calculado (etapa 1355).

[00204] Se a diferença entre as variáveis f e timer não for inferior ao valor de temporização P(i), um valor que representa o instante presente é novamente obtido e atribuído à variável f (etapa 1360) e o algoritmo retorna à etapa 1355. Do contrário, se a diferença entre as variáveis f e timer for inferior ao valor de temporização P(i), o módulo de localização que tem o índice é ativado durante um intervalo de tempo P3 (etapa 1365) de tal maneira que sua posição possa ser obtida.

[00205] Embora que a ordem de ativação dos módulos de localização possa ser predeterminada e corresponder aos índices desses últimos (ou s um dado similar), é ainda possível utilizar um sistema de ativação dinâmica dos módulos de localização como descrito abaixo com referência à Figura 14. Esse sistema pode basear-se especialmente em um algoritmo de acesso múltiplo por divisão de tempo (a técnica de acesso múltiplo por divisão de tempo é especialmente explorada pelas redes de telefonia móvel de segunda geração, como GSM, sigla de Global System for Mobile Communications em terminologia anglossaxã, e variantes, de acordo com as quais o número de timeslots pode ser reservado dinamicamente, existem dentro de normas como a norma Bluetooth, Bluetooth é uma marca).

[00206] Esse tipo de modalidade tem como vantagem não necessitar de posições predefinidas na sequência de ativação dos módulos de localização. Além disso, esse tipo de gestão dinâmica permite a resolução de conflitos entre os módulos de localização que teriam valores de temporização calculados ou predefinidos idênticos.

[00207] De acordo com uma modalidade particular, a duração entre duas “instruções” de ativação do sinal de ativação comum é dividida em um número n+1 de segmentos de tempo (denominados timeslots em terminologia anglossaxã), de duração fixa e predeterminada, denominadas TSO em TSn. Um ciclo de ativação comum contém, portanto, n+1 timeslots.

[00208] O primeiro timeslot TSO começa no momento da emissão de uma “instrução” de ativação do sinal de ativação comum. Ele é específico e reservado na chegada de novos módulos de localização.

[00209] Enquanto perdurar o timeslot TSO, os módulos de localização, não tendo mais timeslot afetado, emitem através de seu solenoide. Se o sistema de tratamento central receber sinais por parte de módulos de localização enquanto perdurar o timeslot TSO, o sistema de tratamento central emite um sinal de ativação secundário ao fim de cada timeslot não afetado. Esse sinal de ativação secundária, por exemplo, pode ser um tom específico que modula um sinal FM. Os módulos de localização são então informados do conjunto de timeslots livres.

[00210] Cada módulo de localização realiza um sorteio aleatório para determinar um timeslot livre durante o qual emitirá no momento do próximo ciclo.

[00211] A cada ciclo e para cada timeslot livre apresentado existem as três possibilidades seguintes: [0001] o timeslot permanece livre: nenhum módulo de localização o selecionou. O sistema de tratamento central continua então indicando que o timeslot está livre emitindo um sinal de ativação secundária ao fim do timeslot; [0002] o timeslot foi selecionado por um único módulo de localização emissor no período de duração do timeslot: o sistema de tratamento central cessa então de emitir um sinal de ativação secundária ao fim desse timeslot. A extinção do sinal de ativação secundário informa o módulo de localização que sua atribuição de timeslot é efetiva; e, [0003] o timeslot foi selecionado por vários módulos de localização emissores no período de duração do timeslot: o sistema de tratamento central detecta uma colisão de sinais e continua a indicar que o timeslot está livre emitindo um sinal de ativação secundária ao fim do timeslot.

[00212] Os casos de colisões, por exemplo, são solucionados por algoritmos como aqueles mencionados no capítulo "Collision backoff and retransmission" da norma Ethernet IEEE 802.3.

[00213] A liberação de timeslots é controlada pela detecção da ausência de emissão por um módulo de localização. Uma temporização é então acionada. Se durante toda a temporização, o sistema de tratamento central não receber emissão por parte de um módulo de localização, o timeslot correspondente é considerado liberado.

[00214] O cronograma representado na Figura 14 ilustra os ciclos de ativação de 25ms para os quais o sistema de tratamento central emite uma “instrução” de ativação (em um sinal de ativação comum) ao início de cada ciclo, cada ciclo sendo dividido em cinco timeslots denominados TSO à TS4.

[00215] As cruzes no cronograma indicam colisões no momento das alocações de timeslots aos módulos de localização.

[00216] Suponhamos que no momento do primeiro ciclo do cronograma o timeslot TS1 já tenha sido alocado a um módulo de localização emissor.

[00217] As etapas E1 à E6 do cronograma ilustram a alocação de timeslots aos módulos de localização que aparecem na superfície de detecção considerada: [0001] etapa E1: os novos módulos de localização (que não têm timeslot alocado) emitem convencionalmente o timeslot TSO. Em resposta, o sistema de tratamento central emite sinais de ativação secundários ao fim dos timeslots livres (aqui os timeslots TS2, TS3 e TS4). Os novos módulos de localização efetuam sorteios aleatórios de atribuição de timeslots com base nos timeslots livres. Dois deles selecionam o timeslot TS2, um terceiro seleciona o timeslot TS3; [0002] etapa E2: existe um conflito no timeslot TS2. O sistema de tratamento central sinaliza mantendo a emissão do sinal de ativação secundária ao fim do timeslot, indicando aos módulos de localização à espera de atribuição que o timeslot TS2 permanece livre. Os módulos de localização realizam um novo sorteio aleatório; [0003] etapa E2bis: não existe conflito no timeslot TS3, a demanda de atribuição é aceita. O sistema de tratamento central sinaliza interrompendo a emissão do sinal de ativação secundária ao fim do timeslot TS3. Esse timeslot a partir de então foi designado; [0004] etapa E3: nenhum módulo de localização selecionou o timeslot TS2. O sistema de tratamento central sinaliza que ele está sempre disponível emitindo um sinal de ativação secundária ao fim do timeslot TS2; [0005] etapa E4: existe colisão no timeslot TS4. O sinal de ativação secundária é mantido ao fim desse timeslot para indicar que ele ainda não foi designado; [0006] etapa E5: os dois módulos de localização não designados selecionaram os timeslots TS2 e TS4. Não existe conflito e as designações são aceitas. O sistema de tratamento central cessa a emissão dos sinais de ativação secundária ao fim desses timeslots para indicar que foram alocados; e, [0007] etapa E6: regime permanente, para cada módulo de localização foi alocado um timeslot.

[00218] Muito embora no exemplo aqui descrito o número final de módulos de localização seja igual ao número de timeslots por ciclo de ativação, os mecanismos de ativação não impõem essa restrição.

[00219] O sinal de ativação comum pode ser detectado em cada módulo de localização por um receptor de alta frequência que demodula o sinal de ativação comum e o transmite a um microcontrolador responsável pelo cálculo da temporização associada ao módulo de localização. Depois de decorrido o tempo de duração da temporização, o módulo de localização emite um sinal de localização por meio de seu solenoide produzindo, por exemplo, um sinal quadrado durante uma duração P3 na frequência da ressonância do amplificador seletivo conectado ao solenoide.

[00220] Como alternativa, a detecção, no receptor de alta frequência de um módulo de localização, de uma passagem a um estado particular do sinal de ativação comum, por exemplo, um estado alto, pode acionar uma primeira báscula monoestável configurada para produzir uma impulsão após um período de duração da temporização P(i) alocada ao módulo de localização. Depois de decorrido o período de duração da temporização, a borda descendente da primeira báscula monoestável aciona uma segunda báscula monoestável que liga o oscilador local ao amplificador seletivo conectado ao solenoide durante uma duração P3. Nessa modalidade, as básculas monoestáveis podem ser implantadas com o auxílio de contadores binários ou de circuitos que exploram o tempo de carga de um circuito RC. O oscilador local pode servir de sinal de relógio dos contadores binários.

[00221] O sinal de ativação comum pode ser um sinal específico ou um sinal existente. Desse modo, por exemplo, é possível utilizar o sinal induzido pela tela de sincronização de uma tela utilizada como sinal de ativação comum, permitindo suprimir o receptor de alta frequência no elemento móvel. Nesse caso, o receptor de alta frequência é aqui substituído por um anel de indução compatível com a frequência de atualização da tela. Esse anel de indução é constitutivo de uma montagem RLC ressonante na frequência adequada da tela e conectado à entrada do conversor analógico/digital do microcontrolador responsável pelo cálculo da temporização associado ao módulo de localização.

[00222] De maneira semelhante, o receptor de alta frequência pode ser substituído por um anel de indução compatível com a frequência de telealimentação dos módulos de localização (a emissão da frequência de telealimentação sendo interrompida de maneira cíclica para fornecer o sinal de ativação comum).

[00223] É conveniente ressaltar aqui que o sinal de ativação comum, como um sinal de telealimentação dos módulos de localização, pode ser utilizado para transferir dados aos módulos de localização, por exemplo, utilizando uma codificação por modulação de frequência. Do mesmo modo, os sinais de localização emitidos pelos módulos de localização podem ser utilizados pelos módulos de localização para direcionar os dados, por exemplo, um identificador do módulo de localização considerado e/ou o estado de um interruptor, ao sistema de tratamento central.

[00224] De acordo com uma modalidade particular, um microcontrolador de um módulo de localização móvel gera um sinal quadrado de frequência variável. Essa modulação de frequência permite codificar um fluxo binário correspondente aos dados a transferir, uma frequência F1 correspondente a um estado baixo e uma frequência F2 corresponde a um estado alto. As frequências F1 e F2 preferencialmente estão próximas à frequência do amplificador seletivo do módulo de localização de tal maneira que o ganho do amplificador seletivo seja elevado.

[00225] Ainda de acordo com uma modalidade particular, os módulos de localização só emitindo durante os timeslots que lhes são atribuídos, o sistema de tratamento central está em condições de identificar de qual módulo de localização são provenientes os dados recebidos.

[00226] De acordo com outra modalidade particular, o oscilador local situado no elemento móvel gera um sinal de frequência variável. Essa modulação de frequência é realizada, por exemplo, pela tendência de uma polarização exterior induzida por uma variação da impedância na entrada do oscilador local. Novamente, essa modulação de frequência permite codificar o fluxo binário correspondente aos dados a transferir. O sinal modulado recebido através do sistema de tratamento central pode ser tratado por uma entrada analógica desse sistema para ser convertido e memorizado.

[00227] De maneira alternativa, o sinal recebido através do sistema de tratamento central é demodulado por um circuito de demodulação analógica a fim de reconstituir o sinal na banda. De acordo com outra alternativa, o sinal recebido é amplificado e enviado em uma entrada do relógio de um contador interno enquanto que um segundo contador interno serve de referência temporal interna. Esse segundo contador é acionado na recepção da borda ascendente do sinal amplificado e depois interrompido quando o primeiro contador atinge um valor previamente definido. O valor obtido na interrupção do segundo contador é utilizado para discriminar as frequências do sinal modulado. Quanto mais elevado o valor a ser atingido pelo primeiro contador e maior a frequência de relógio do segundo contador em comparação às frequências do sinal modulado, maiores as chances de discriminar as frequências do sinal modulado. De maneira geral, a taxa de transferência será de log2 (número de frequência discriminada) por ciclo de ativação.

[00228] As transferências de dados de ou para os módulos de localização podem ser criptografadas de maneira padronizada utilizando, por exemplo, chaves públicas e provadas do tipo RSA.

[00229] A duração de ativação de um módulo de localização também pode ser característica de um dado a transmitir por esse último, especialmente de sua identidade.

[00230] Observa-se aqui que a utilização de um comutador nos módulos de localização para alimentar os elementos radiantes (solenoides ou similares) utilizados para determinar sua posição permite localizar esses módulos em tempo real e, por conseguinte, autorizar o acompanhamento de um grande número de módulos de localização. De fato, conforme ilustrado nas Figuras 7 e 8, o sinal de excitação do solenoide dos módulos de localização está sempre disponível, esse sinal sendo transmitido ou não ao solenoide em função da posição do comutador 715 (podendo especialmente integrar um microcontrolador ou básculas monoestáveis) e o tempo de comutação sendo aqui desprezível.

[00231] A título de ilustração, supondo-se que o ciclo de obtenção das posições dos módulos de localização seja de 50Hz e que 50 módulos de localização sejam utilizados, o tempo de ativação de cada módulo de localização é de aproximadamente 0,4ms. Se o tempo de instalação e de interrupção for da ordem de 1 % da duração de ativação, essa deve ser da ordem de 40μs.

[00232] De acordo com uma modalidade particular, a frequência de emissão do solenoide dos módulos de localização é dimensionada em um faixa aproximada de 100 KHz. Nessa frequência, o acoplamento eletromagnético entre o módulo de localização e os anéis da superfície de detecção é principalmente de ordem magnética.

[00233] Essa escolha de frequência permite limitar as perturbações induzidas por uma tela (posicionada entre a superfície de detecção e os módulos de localização) no acoplamento eletromagnético entre os módulos de localização e a superfície de detecção (a radiação de uma tela é principalmente de natureza elétrica). Portanto, é possível dispor a superfície de detecção e os módulos de localização de um lado e de outro da tela preservando o funcionamento ideal do sistema.

[00234] Note-se que a intensidade do campo magnético gerado por um solenoide é dado pela fórmula seguinte:

[00235] onde c é uma constante, I é a intensidade da corrente que atravessa o solenoide, N é o número de espirais do solenoide e L é o comprimento do solenoide.

[00236] As dimensões do solenoide sendo limitadas de maneira que as dimensões do módulo de localização sejam reduzidas e permitam a integração dentro dos objetos habituais e L tipicamente seja da ordem de alguns milímetros, N é então dimensionado para obter uma intensidade de campo magnético suficiente.

[00237] Adicionalmente, para permitir um acoplamento correta através da superfície de uma tela, deve-se aperfeiçoar o valor da corrente que atravessa o solenoide. É isso que garante a implantada do oscilador local acoplado ao amplificador seletivo radiante. O oscilador local gera a frequência de ressonância exata do amplificador seletivo radiante. Quando ele é ativado, o amplificador seletivo radiante funciona nessa frequência exata de ressonância e garante que a corrente que atravessa o solenoide seja máxima.

[00238] De acordo com a aplicação concebida, pode ser necessário limitar a exploração do sistema a um subconjunto de módulos de localização disponíveis ou associar a determinados módulos de localização uma função particular. Desse modo, em uma fase de inicialização do sistema, pode ser necessário definir uma lista de módulos de localização cuja posição não deve ser calculada (sua emissão eletromagnética não é ativada pelo módulo de ativação). Essa lista pode variar ao longo do tempo e pode diferir de seu valor inicial definido na fase de inicialização. É possível ainda, em uma fase de inicialização, designar a um módulo de localização ou a um elemento móvel uma função ou uma tarefa específica. Desse modo, por exemplo, um elemento móvel associado a um módulo de localização predefinido pode desempenhar o papel de um Rei se esse elemento móvel for explorado em um programa de jogo de xadrez, esse mesmo elemento móvel também podendo desempenhar o papel de uma borracha ou feltro em um aplicativo de desenho ou ainda de um veículo em um programa de educação no trânsito.

[00239] A título de exemplo, a associação entre dos módulos de localização e uma função pode ser efetuada dispondo os elementos móveis compreendendo esses módulos de localização nas partidas específicas da superfície de detecção e acionando um registro. O módulo de pilotagem de detecção e de captura de posição efetua então uma sequência completa de ativação e as tarefas são associadas em função das respectivas posições dos elementos móveis (por exemplo, peças de um campo A versus peças de um campo B).

[00240] Quando uma tela é sobreposta à superfície de detecção, é possível escolher uma tarefa em um menu contextual para cada elemento móvel exibindo um menu, perto da posição de cada elemento móvel, sugerindo as diferentes tarefas possíveis.

[00241] Uma aplicação particular da invenção diz respeito aos jogos de salão que permitem conservar o aspecto amistoso dos jogos de tabuleiro e o prazer de manipular peões ou personagens verdadeiros beneficiando-se da interatividade e do dinamismo dos jogos de vídeo. No domínio da aplicação, uma tela grande táctil, de preferência, é sobreposta à superfície de detecção das peças.

[00242] Os módulos de localização são vantajosamente dispostos nas bases dos personagens utilizados no jogo assegurando assim a detecção da posição dos personagens no jogo.

[00243] A tela táctil pode exibir a trilha do jogo na qual os personagens vão se movimentar, oferecendo então um suporte visual dinâmico. Tipicamente, a tela exibe o ambiente animado e realista onde são imersos os personagens (as rotas em uma nave espacial para um jogo de ficção científica, zonas geográficas para um jogo do tipo"risco", um tabuleiro de xadrez se os personagens forem peças de xadrez, etc.).

[00244] Na abertura do jogo, o sistema sugerir uma atribuição de função aos elementos móveis a fim de permitir ao programa estabelecer entre o identificador de um ou de vários módulos de detecção e o personagem representado por aquele elemento móvel. Isso pode ser realizado exibindo um menu específico de seleção de tarefa na tela perto da posição de cada personagem disposto sobre o tabuleiro.

[00245] Quando as peças são registradas, quer dizer, que suas tarefas foram designadas, tornam-se interfaces efetivas do jogo. O sistema, portanto, pode verificar permanentemente que os movimentos dos personagens respeitem os limites de deslocamento impostos pelas regras do jogo levando em conta sua função no jogo (deslocar-se de casa em case em uma rota, por exemplo, respeitar os movimentos corretos para um jogo de xadrez, etc.). O sistema pode ainda calcular e exibir na tela as linhas de visão entre dois personagens em um jogo de combate ou calcular e exibir automaticamente as jogadas possíveis no xadrez. É possível ainda acionar animações contextuais visuais abaixo de um personagem ou a partir de um personagem. Desse modo, selecionar um tiro de arma no menu de um personagem pode deflagrar uma luminosidade específica ao redor do atirador e a visualização de balas traçantes entre dois personagens. De maneira semelhante, é possível acionar animações sonoras contextuais quando a posição relativa de dois personagens assim permitir. Por exemplo, durante o deslocamento de um personagem, o sistema determina a existência de uma linha de visão com outro personagem, um alarme sonoro "alvo à vista" pode ser acionado através do sistema.

[00246] Do mesmo modo, é possível exibir menus contextuais dependendo da posição dos personagens (um menu de cálculo de resultado de um combate corpo a corpo é exibido se dois personagens inimigos estiverem a uma distância mínima), oferecer ajuda online automática quando um jogador efetua um movimento proibido com seu personagem e modificar a exibição na tela quando os jogadores efetuarem rotações com seus personagens.

[00247] Além disso, características específicas (cor, função de borracha ou espessura do traço para um elemento móvel representando um lápis) podem ser associadas aos diferentes elementos móveis. Elas podem ser transmitidas através dos módulos de localização (diretamente ou em função de valores da temporização associada) como já descrito. A seleção de uma função ou de uma cor pode ser visualizada no objeto que compreende o módulo de localização considerado pela exibição de LED (acrônimo de LightEmitting Diode em terminologia anglossaxã) dedicada, por exemplo.

[00248] Para um mesmo elemento móvel, além disso, é possível modificar suas características alterando um desses parâmetros através do usuário (um anel, uma roda codificadora ou um interruptor na caneta, por exemplo). Com base nessas intervenções mecânicas, um microcontrolador presente no módulo de localização pode modificar o valor de temporização associado ou transmitir o dado, especialmente sob a forma de um fluxo binário, indicando que uma nova função foi selecionada.

[00249] Outras aplicações particulares da invenção concernentes ao controle dos objetos autônomos, tais como veículos, barcos, helicópteros e aviões. Desse modo, por exemplo, para um curso do veículo, a invenção pode fornecer um auxílio à pilotagem para um veículo controlado por um jogador e controlar os demais veículos acionados através do sistema. Se os veículos forem dotados de dois módulos de localização, é possível suavizar as trajetórias calculadas.

[00250] Do mesmo modo, para uma aplicação de pilotagem de helicópteros, a invenção pode fornecer auxílio na pilotagem especialmente durante as fases de decolagem e de aterrissagem beneficiando-se de uma simplificação do sistema eletrônico envolvido no helicóptero (o giroscópio habitualmente utilizado passa a ser inútil, por exemplo). Se o aeroplano for equipado com três módulos de localização, a servidão pode ser realizada em três dimensões, o sistema de tratamento central disponibilizando em tempo real seis graus de liberdade (abscissa, ordenada, altura, tangagem, rolagem e direção).

[00251] Naturalmente, para satisfazer necessidades específicas, um indivíduo versado na técnica da invenção poderá aplicar as modificações na descrição acima.

Claims

1.Método para promover a interface em tempo real de uma pluralidade de elementos móveis (110, 110') com um sistema informatizado, o método compreendendo as seguintes etapas: -transmissão (1015, 1114, 1305) de um sinal de ativação a pelo menos um módulo de localização (700, 700-1, 700-2) incorporado em pelo menos um elemento móvel da dita pluralidade de elementos móveis; -ativação sequencial do dito pelo menos um módulo de localização, a dita ativação compreendendo uma etapa de comutação para excitar, em resposta a recepção do sinal de ativação, um elemento radiante do dito pelo menos um módulo de localização em resposta ao recebimento do dito sinal de ativação; -recepção de pelo menos um sinal do dito pelo menos um módulo de localização ativado; -cálculo (1020, 1116), com base no dito pelo menos um sinal recebido, de pelo menos um item de informação na posição do dito elemento móvel que compreende o dito pelo menos um módulo de localização ativado, um único módulo de localização sendo capaz de ser ativado em dado instante; e caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a seguinte etapa: -cálculo de um valor de temporização para cada módulo de localização da dita pluralidade de módulos de localização, o dito valor de temporização representando um intervalo de tempo entre a recepção de um sinal de ativação e a ativação do módulo de localização.

2.Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito sinal de ativação compreende um dado que permite a identificação de um módulo de localização para ativar seletivamente um único módulo de localização.

3.Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito sinal de ativação é um sinal de ativação comum para controlar de maneira comum a ativação de uma pluralidade de módulos de localização.

4.Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada valor de temporização é determinado de acordo com um dado de identificação do módulo de localização.

5.Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada valor de temporização é determinado dinamicamente.

6.Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que cada valor de temporização é determinado de acordo com um algoritmo de acesso múltiplo por divisão de tempo.

7.Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que o dito sinal de ativação comum é induzido por um sinal utilizado independentemente do dito método.

8.Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma etapa para calcular pelo menos uma informação de orientação do dito elemento móvel, o dito elemento móvel compreendendo pelo menos dois módulos de localização.

9.Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma etapa de transmissão de pelo menos um dado do dito pelo menos um módulo de localização ao dito sistema informatizado.

10.Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma etapa de controle da validade (1010, 1112) do dito pelo menos um módulo de localização, a dita etapa de ativação sequencial do dito pelo menos um módulo de localização sendo efetuada em resposta à dita etapa de controle da validade.

11.Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma etapa de atribuição (1138, 1140) de um estado de validade ou de invalidade ao dito pelo menos um módulo de localização, o dito estado de validade ou de invalidade sendo determinado de acordo com a dita pelo menos uma informação de posição.

12.Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de recepção de pelo menos um sinal compreende uma etapa de seleção sequencial de uma pluralidade de receptores, o dito pelo menos um sinal sendo recebido de pelo menos um receptor selecionado na dita pluralidade de receptores.

13.Elemento móvel (100, 110') para um dispositivo para promover a interface de uma pluralidade de elementos móveis com um sistema informatizado, o dito elemento móvel compreendendo pelo menos um módulo de localização (700, 700-1, 700-2), o dito módulo de localização compreendendo os seguintes meios, -meios (730) para emitir um sinal que permite calcular a posição do dito módulo de localização; -meios (720, 725) para gerar um sinal de excitação dos ditos meios para emitir um sinal; -meios de comutação (715) para controlar a transmissão do dito sinal de excitação aos ditos meios para emitir um sinal; e, -meios (710) para receber um sinal de ativação e, de acordo com pelo menos uma informação do dito sinal de ativação, ativar os ditos meios de comutação para permitir a emissão de um sinal que permita calcular a posição do dito módulo de localização, caracterizado pelo fato de que os ditos meios para receber um sinal de ativação compreendem meios para calcular um valor de temporização, o dito valor de temporização representando um intervalo de tempo entre a recepção de um sinal de ativação e a ativação dos ditos meios de comutação.

14.Elemento móvel de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um módulo de localização compreende pelo menos um solenoide, excitável por indução, para alimentar eletricamente os componentes do dito pelo menos um módulo de localização.

15.Dispositivo para promover a interface de uma pluralidade de elementos móveis (110, 110') com um sistema informatizado, o dispositivo caracterizado pelo fato de que compreende meios adaptados para implantar cada uma das etapas do método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.