BRPI0708704A2 - sistema de orientação baseado em sensor - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE ORIENTAçãO BASEADO EM SENSOR. Um método para medir mudanças na posição de um objeto, incluindo rotação em torno de qualquer um ou todos de três eixos, utilizando acelerómetros lineares. E revelado um método de utilização de um acelerómetro linear para integrar dois outros acelerómetros lineares 3D de modo a medir e abastecer para utilização adicional informações de seis dimensões, isto é, transíação em três dimensões e rotação em torno de três eixos. Dois sensores de acelerómetro linear são utilizados para determinar todas com exceção de uma das variáveis nos seis graus de liberdade. A saída de um terceiro acelerómetro gera a necessidade dos dados de determinar um sexto grau de liberdade, rotacional. A necessidade por um giroscópio para detectar mudanças em ângulo de guinada (i.e., guinada ou azimute) pode, desse modo, ser evitada.

Description

"SISTEMA DE ORIENTAÇÃO BASEADO EM SENSOR"

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

O presente pedido reivindica prioridade do Pedidode Patente Provisório U.S. No. de Série 60/783,196,intitulado "Sensor-based Orientation System" depositado emde março de 2006, o qual é atribuído ao cessionáriodeste pedido e é expressamente incorporado aqui porreferência.

FUNDAMENTOS

Campo

A presente invenção refere-se, de um modo geral,a sistemas de orientação e, mais especificamente, a ummétodo e um equipamento para detectar rotação, arfagem eguinada em um corpo em movimento, em adição à translaçãolinear do corpo no espaço tridimensional.

Fundamentos

Existe uma grande variedade de sensoresdisponíveis para detectar ou medir condições ou fenômenosfísicos. Um tipo de sensor comumente implementado em muitoscontextos industriais, comerciais ou científicos consisteem um acelerômetro linear. Pela detecção da direção dovetor de gravidade da Terra, um acelerômetro linear de "3D"pode ser utilizado para medir a translação (movimentolinear sem rotação angular) de um objeto, e também que podedetectar "inclinação" (tal como acelerações angularesassociadas a "rotação" ou a "arfagem"), queda livre, echoque. Acelerômetros de diferentes tipos e sensibilidadespodem funcionar pela exploração de quaisquer de umavariedade de fenômenos físicos, tais como a rotação de umabola pequena, o desvio/fluxo de um líquido condutor oupesado, o balanço de um pêndulo, ou outros meios mecânicosde precisão e sensibilidade variáveis. Acelerômetroslineares mais sofisticados conhecidos podem detectarmovimento através do campo magnético da Terra, ou exploraroutros fenômenos ópticos ou magnéticos.

No entanto, é atualmente difícil ou impossíveldiferenciar, utilizando acelerômetros lineares,convencionais, com boa relação custo-benefício, entremovimento linear (aceleração relativa a um sistema decoordenadas Cartesianas comum) e a mudança na orientação deum dispositivo e uma mudança correspondente (i.e.,aceleração angular) em uma rotação ou arfagem. Uma mudançano "curso" ("heading") ou na guinada de um objeto emmovimento não pode ser detectada por acelerômetros linearesconvencionais de forma alguma. Giroscópios, que sãocomparativamente caros, complexos e delicados, servem,comumente, como os meios para detectar um desvio ou umamudança na liberdade rotacional, tal como a guinada, arotação e a arfagem, de um objeto móvel. Normalmente, trêsgiroscópios são utilizados, um por eixo de rotação, embora,os últimos desenvolvimentos em tecnologias de sistemasmicroeletromecânicos (MEMS) permitiram o desenvolvimento deum giroscópio de dois eixos. Existe, portanto, umanecessidade na técnica por um método e meios para medir, deforma confiável, o movimento de um objeto em todos os seisgraus de liberdade, incluindo mudanças em guinada, bem comoem rotação e arfagem, utilizando sensores de acelerômetrosrelativamente simples.

SUMÁRIO

As modalidades reveladas aqui atendem àsnecessidades mencionadas acima pelo forncimento de umprocesso e um equipamento para medir movimento em todos osseis graus de liberdade para, praticamente, qualquer objetomóvel. Três acelerômetros lineares geram todos os dadosnecessários para tal medição. Dois acelerômetros provêem osdados necessários para detectar mudanças na posição paradois pontos colineares associados àqueles acelerômetros,enquanto o terceiro acelerômetro, disposto nãocolinearmente aos primeiros dois, gera dados adequados paracalibrar a mudança, se alguma, na posição ou orientação doeixo imaginário conectando os primeiros dois acelerômetros.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Fi'gura 1 é uma vista em perspectiva de umacelerômetro ou sensor de inclinação da técnica anterior,mostrado em relação a um plano horizontal local e com eixòsde coordenadas selecionados representados;

A Figura 2 mostra um aspecto da presenteinvenção, sendo três sensores de acelerômetro em uma placamétrica, para utilização na medição de acelerações emrelação a seis graus de liberdade de movimento;

A Figura 3 mostra um arranjo de quatro sensoresde acelerômetro verticalmente alinhados e os dados de saidacorrespondendo aos eixos de cada sensor, e também mostradois sensores horizontalmente alinhados, um invertido emrelação ao outro, também com dados de saidacorrespondentes;

A Figura 4 é um diagrama geométrico ilustrando adeterminação de uma mudança na aceleração no eixo χ de umsistema de coordenadas correspondendo a um dado ângulo deinclinação τ;

A Figura 5 ilustra os sentidos de saida de doissensores do tipo acelerômetro em uma placa métrica passandopor uma translação linear;

A Figura 6 ilustra os sentidos de saida opostasde dois sensores do tipo acelerômetro em uma placa métricapassando por urpa rotação em torno de um eixo S-S;

A Figura 7 é um esquema simples mostrando aconexão operativa entre uma combinação de três sensores deacelerômetro, um relógio e MPROC; e

A Figura 8 é um fluxograma representando umaspecto do método da presente invenção.DESCRIÇÃO DETALHADA

O método presentemente revelado permite que aorientação e o movimento linear de um objeto sejamdetectados e medidos. É contemplado que as metodologiasreveladas encontrarão aplicação benéfica em uma amplavariedade de campos e circunstâncias, incluindo, mas nãolimitados a, aviônica e transporte terrestrè,telecomunicações, fotografia e detecção remota,monitoramento e rastreamento eletrônico de pessoas oucargas, segurança de pessoas, produtos, e produtoseletrônicos para o consumidor.

Pelo método presentemente revelado, o movimentolinear e a orientação tridimensional de um objetoselecionado podem ser medidos de forma confiável. Os dadosde posicionamento e movimento gerados, dessa forma, podemser então transmitidos por quaisquer meios adequados paraoutros processadores ou componentes de sistema. Porexemplo, uma medição de uma mudança indesejada na posiçãotridimensional pode ser provida para, por exemplo, sistemasde controle de posição para permitir um desvio a partir daorientação apropriada (por exemplo, com relação à vertical)a ser retificado. Ou, por meio de exemplo adicional, se aaceleração e a orientação de um objeto forem medidassimultaneamente, se situarem fora de parâmetrospredeterminados, um sistema de alarme pode ser sinalizado eativado. Em eletrônica para o consumidor, as informaçõesdas seis dimensões podem ser utilizadas para controlardispositivos de jogos, tais como um joystick, para permitirinteração de usuário em termos de seleção de menu eentrada, e para prover estabilização de imagens paracâmeras de víde;o e fotografia digital.

Acelerômetros lineares, em uma variedade dediferentes funcionalidades e tipos, são largamenteutilizados em um amplo espectro de aplicações industriais ecientificas. Acelerômetros tridimensionais são comumentedisponíveis em um número de diferentes níveis desofisticação e custo, e estão entre os sensores de sistemasmicroeletromecânicos (MEMS) mais amplamente utilizados. Afigura 1 mostra um acelerômetro linear convencionalservindo como um sensor de inclinação. O sensor deacelerômetro pode detectar movimento linear (quer dizer,translação em qualquer plano, tal como o plano horizontâllocal); a translação pode ser medida com referência a pelomenos dois eixos (por exemplo, Xh e Yh). Tal acelerômetropode também oferecer a medida de uma inclinação de objeto(rotação ou arfagem, como sugerido na figura 1). Dessaforma, com um único acelerômetro 3D, o movimento de umobjeto no espaço de coordenadas Cartesianas (x, y, z) podeser detectado, e a direção de gravidade pode ser detectadapara estimar a rotação (τ) e a arfagem (φ) do objeto. Umavantagem marcada do presente método e equipamento é que umtrio de tais acelerômetros 3D relativamente acessíveiseconomicamente e comumente disponíveis pode serfuncionalmente combinado para detectar mudanças na sextavariável, aquela da guinada, também freqüentemente referidacomo azimute ou "curso" (ψ).

Referência é feita à figura 2. De acordo com apresente invenção, dois acelerômetros 3D 20, 20',preferencialmente, mas não necessariamente, idênticos, sãoimplementados em relação espaçada em um placa métrica 22associado ao objeto de interesse, tal como um automóvel,dispositivo fotográfico ou sem fio, de telecomunicações,aeronave, ou similares. A disposição precisa dos doisacelerômetros 20, 20' no espaço tridimensional não écrítica, desde que sua distância linear de separação sejafixa, e significante em relação às distâncias e aos grausde movimento solicitados a serem monitorados. Em umamodalidade, os acelerômetros 20, 20' estão situados em,aproximadamente, cantos diagonalmente opostos de uma placaplanar 22. Cada acelerômetro pode ser considerado comotendo um plano horizontal local 25, 25' , cujos planos 25,25' podem estar contidos em ou paralelos à placa métrica22. A placa 22 é segura no objeto ou dispositivo (nãomostrado) cujas translações e rotações devem ser detectadase monitoradas.

Essa invenção oferece um método para integrar asaída dos primeiro 20 e segundo 20' acelerômetros com umterceiro acelerômetro 23 para prover a matriz de dados em"seis dimensões" (x, y, ζ, τ, φ, ψ) solicitada. Visto queacelerômetros lineares provêem segundas medições demomento, as medições de locomoção tomadas pelosacelerômetros 20, 20', 23 devem ser integradas uma vez paraobter a taxa de mudança (em velocidades lineares ouangulares), e então integradas uma segunda vez para obtermedidas absolutas, quer dizer, de mudança na posição ouinclinação.

A consideração da figura 2 sugere que o únicograu de movimento que não é completamente detectável pordois acelerômetros 20, 20' sozinhos é a rotação em torno doeixo imaginário R-R definido pela linha conectando aquelesdois acelerômetros 20, 20' . Dependendo da orientação daplaca 22 em relação ao objeto de interesse, tal rotaçãopode corresponder à mudança na rotação (τ), na arfagem (φ)ou na guinada (ψ), mas um dispositivo de dois sensores éinadequado para detectar, de forma confiável, todos os trêstipos de rotação.

A figura 3 ilustra graficamente a resposta desaída de detectores de acelerômetro versus orientaçãorelativa à gravidade. Se a orientação individual de cadasensor for notada, a aceleração da gravidade é medida comrelação a cada eixo de sensibilidade para cada sensor em umarranjo de sensores. É mostrado na figura um arranjo dequatro sensores (ou, alternativamente, um único sensorrepresentado em quatro posições diferentes em temposdiferentes), cujas orientações São observáveis (noteposições de marcadores de canto brancos em sensores). Osplanos de coordenadas x-y (definidos pelos eixos χ e y desensibilidade) dos sensores são paralelos ao vetor degravidade, de modo que o sensor superior indica saida zeroexceto pela aceleração devida à gravidade ao longo do eixox. O sensor inferior no arranjo, de forma similar, mostraapenas a aceleração da gravidade, exceto que a medição deaceleração é emitida com um "sentido" oposto devido ; àinversão do eixo χ em relação ao sensor superior. Ossensores nos dois lados do arranjo geram saídasconcordantes, com a aceleração da gravidade ao longo dosdois respectivos eixos y de sensibilidade paralelos, masopostamente direcionados. Deve ser notado que todos oseixos de sensor são, por projeto, perpendiculares uns aosoutros e qualquer desalinhamento resulta em erros namedição da aceleração. Para a discussão que se segue, éassumido que os eixos de sensor estão perfeitamentealinhados e são perpendiculares uns aos outros e que ospróprios sensores estão posicionados no plano 22 de talmodo que os eixos x, y, z do sensor 20 estão perfeitamentealinhados com os eixos x, y, z dos sensores 20' e 23.

A figura 3 também ilustra como um único sensoremitirá dados com relação ao eixo ζ de sensibilidade dosensor. Na direita inferior da figura, um plano decoordenadas x-y de um único sensor é normal ao vetor degravidade. Por conseguinte, a saída correspondendo aoseixos χ e y de sensibilidade é zero, mas a aceleração aolongo do eixo z de sensibilidade se iguala à constante deaceleração de gravidade g, ou -g, se o sensor for invertidopara reverter o "sentido" direcional do eixo z desensibilidade do sensor.

A figura 5 sugere que dois acelerômetros 3D 20,20' podem detectar movimento linear, tal como "queda"paralela a um eixo z 40 (talvez o vetor de gravidade) . Emtal circunstância, os acelerômetros 20, 20' se movem namesma direção ao longo de vetores geralmente paralelos(indicados por setas direcionais na figura) e, dessa forma,geram saidas similares. Em contraste, e como indicado pelafigura 6, os dois acelerômetros 20, 20' podem detectar aorientação (por exemplo, com respeito a qualquer dado eixoimaginário de rotação S-S), visto que eles se movem aolongo de vetores opostamente direcionados e, dessa forma,geram saidas opostas.

Para superar as deficiências sensoriais de umsistema de dois acelerômetros, um terceiro acelerômetrolinear 23 é provido. O terceiro sensor de acelerômetro 23 édisposto em distâncias de separação fixas a partir dosensor número um 20 e a partir do sensor número dois 20',respectivamente, e está localizado fora do eixo imaginárioR-R definido pela localização dos sensores 20, 20' (i.e.,os três sensores 20, 20' e 23 estão dentro do mesmo planoimaginário, mas estão não colinearmente dispostos). Osensor componente adicional 23 permite a observação e adiferenciação de movimento em "seis eixos", linear (x, y,z) e rotacional (τ, φ, ψ) . Dessa forma, o arranjo de trêssensores mostrado na figura 2 pode efetivamente detectar edescrever todos os seis graus de movimento do plano (porexemplo, a placa métrica 22) definido pelo deslocamento dostrês acelerômetros 20, 20', 23.

Visto que acelerômetros detectam a força degravidade dependendo da orientação do objeto montando oacelerômetro (figura 3), os diferentes eixos de umequipamento de acordo com essa invenção detectam e reportama medida da força gravitacional e qualquer outra aceleraçãoexperimentada pelo objeto. Deve ser notado que, com relaçãoa essa invenção, a força gravitacional está semprepresente. Como ilustrado na figura 4, uma aceleração deinclinação é determinada a partir do produto do seno de umângulo τ e a força gravitacional. Se, por exemplo, umaaceleração relativa ao eixo χ de sensibilidade de umacelerômetro 20, 20' ou 23 for designada como αχ, entãosenoT = ax/g, onde g é a aceleração devida à força degravidade (~ 9,8 m/s2). Por conseguinte, para um grau (Io)de inclinação no eixo x, existe uma mudança de aceleraçãorelativa ao eixo χ de Aax = seno(V)g«I7,45mg . Dessa forma, aqualidade das "medições geradas por acelerômetro deve sermelhor do que 17,45 mg se a inclinação na ordem de Io deverser observada e reportada.

Referindo-se novamente à figura 5, os doissensores ou acelerômetros 3D 20, 20' possuem, cada, trêseixos de sensibilidade (x, y, z) . Se o eixo ζ 40 estiveralinhado com o vetor de gravidade, na ausência de qualquermovimento do sensor número um 20, experimenta e reportaacelerações, relativas aos eixos de sensibilidade, de Og,Og e lg, respectivamente; o sensor número dois 20'experimenta e reporta de maneira similar. Se existir ummovimento linear ao longo do eixo ζ 40 apenas, então ambosos sensores 20, 20' reportam acelerações de Og, Og eaz + \g , onde az representa a aceleração devida ao movimentoao longo do eixo ζ 40. Movimento linear e acelerações emrelação aos outros eixos χ e y são analisados na mesmaestrutura conceituai.

Movimento angular é também detectado e avaliado.Se ocorrer rotação em torno de um eixo S-S (que pode ser ounão paralelo a um dos eixos de sensibilidade de um sensor)como mostrado na figura 6, os dois sensores 20 e 20'reportam mudanças tendo "sentidos" opostos, como sugeridopelas setas direcionais retas da figura 6. A rotação emtorno do eixo S-S fará com que o sensor número um 20experimente e reporte acelerações, relativas aos eixos desensibilidade do sensor, de Og, Og e az+lg,respectivamente. De forma contrária, o sensor número dois20' experimenta e reporta acelerações, relativas aos eixosde sensibilidade daquele sensor, de Og, Og e -az + lg,respectivamente, onde a aceleração ao longo do eixo z ésubtraída da aceleração gravitacional. Notavelmente, umacombinação de ambos os movimentos linear e de rotaçãocausará um desequilíbrio nas magnitudes da aceleração aolongo do eixo z. Então, se as magnitudes das aceleraçõèsrespectivas az não forem reportadas pelos sensores 20, 20'como sendo as mesmas, o dispositivo indica uma combinaçãode movimento linear e rotação. Novamente, uma pessoaversada na técnica apreciará, imediatamente, que o mesmoconceito se aplica à rotação em torno de outros eixosortogonais.

Aplicando os conceitos acima mencionados, eutilizando a fórmula para aceleração devida à inclinaçãoatravés de um ângulo em relação τ a um dado eixo desensibilidade de um sensor {senor = ax/g (ou ay/g) e etc.),cada sensor 20, 20', 23 gera uma saída sinalizando comoaquele sensor específico se moveu linearmente ourotacionalmente durante um intervalo de tempo selecionado.Como mencionado, as direções e magnitudes das saídas desensor de acelerômetro respectivas podem então ser medidas,e comparadas e contrastadas, por uma CPU para calcular omovimento bruto do objeto cuja posição deve ser monitorada.A saída dos acelerômetros 20, 20' sozinha permite ocálculo, utilizando algoritmos conhecidos, do grau para oqual o objeto sofreu movimento bruto não-rotacionaltranslacional através do espaço 3D; além disso, tendo emvista que a rotação em torno de um eixo selecionado podeser detectada e medida pelos dois sensores 20, 20' gerandosaídas de "sentido" direcional oposto, a rotação em doisgraus de liberdade (por exemplo, "rotação" e "arfagem") noespaço 3D também pode ser calculada.

O terceiro sensor 23, estando localizado fora doeixo R-R "conectando" os primeiros dois sensores, gera osdados de saída suficientes para determinar se o próprioeixo R-R sofreu uma rotação - quer dizer, se houve umamudança rotacional no terceiro grau de liberdade não medido(por exemplo, a "guinada" ou o "azimute") da placa métrica22 e, consequentemente, do objeto de interesse.

Um método para monitorar mudanças em todos osseis graus de liberdade (x, y, z, τ, φ, ψ) envolve atribuircoordenadas iniciais (X0, Yo, Z0) a cada um dos trêssensores de acelerômetro 20, 20' e 23 no tempo zero (t0) epara então computar mudanças nas coordenadas com base emqualquer sistema de coordenadas adequadamente selecionado.De acordo com o método, as coordenadas 3D de cada sensor20, 20' e 23 são inicializadas, e o objeto de interesse éentão submetido ao movimento a ser monitorado. A saida decada um dos sensores de acelerômetro 20, 20' e 23 érecebida e utilizada como entrada em uma equação deintegral dupla para gerar a mudança de posição de cadasensor relativa ao sistema de coordenadas selecionado.

Um algoritmo para cálculo de uma mudançaposicionai, quer dizer, para determinar coordenadasassociadas a um único dado sensor em um tempo subseqüenteti, será:

<formula>formula see original document page 12</formula>

onde X0 é a coordenada χ de um sensor especificono tempo zero (t0) , Yo é a coordenada y do sensor, e Z0 é acoordenada z do sensor, também no tempo zero. A integraçãodas acelerações em relação a todos os três eixos decoordenadas é um cálculo que pode ser realizado por umaunidade de processamento rodando um programa dentro dosconhecimentos de programação de uma pessoa versada natécnica. As coordenadas subseqüentes (X1, Y1, Z1) associadasa cada um dos outros dois sensores é computada, de formasimilar, rodando o algoritmo da Equação (1) , utilizandocomo entrada os dados de saida do sensor respectivo. Umavez que cada sensor com as coordenadas correspondentesdescreve o movimento 3D de um ponto localizado na placa 22(e, em geral, toma três pontos para definir um plano) , ostrês sensores e suas coordenadas correspondentes computadascomo uma função de tempo descrevem a mudança na posição ena orientação da placa 22 durante a duração da mediçãodefinida como a diferença ti-to·

É feito referência à figura 7. Significante aodesempenho ótimo do método é a leitura simultânea, ou quasesimultânea, das medições a partir de todos os sensores deacelerômetro 20, 20', 23. A leitura simultânea pode serrecebida e gravada por meio de um processador de sinaldigital e DRAM adequada. Em uma modalidade alternativa, ossinais de medição podem ser recebidos e "marcados comtempo". Os dados marcados com tempo podem,subseqüentemente, ser correlacionados para processamentoadicional, se exigido, e incorporação em qualquer um de umavariedade de algoritmos de detecção de movimentoconhecidos, tais como aqueles empregados em sistemas deestabilização de imagens ou navegação. A figura 7 ilustraque os sensores separados 20, 20', 23 podem prover dadospara um processador 32 em associação operativa com umrelógio comum 34 para prover "marcação de tempo" coordenadados dados recebidos separadamente a partir dos sensores 20,20', 23. Por ter um único relógio de referência, umamarcação de tempo relativamente precisa pode ser alcançada.O processador 32 solicita e recebe dados de medição deaceleração a partir dos sensores 20, 20', 23. Visto quepode haver retardo relativo na resposta de sensor, oprocessador 32 atribui uma marca de tempo a mediçõesindividuais a partir dos sensores 20, 20' e 23 de acordocom o relógio de referência 34. Essas marcas de tempo sãoentão utilizadas para correlacionar as medições e,opcionalmente, interpolar as medições de acelerômetroindividuais a partir dos sensores 20, 20' e 23 para umtempo comum. Opcionalmente, o processador 32 pode tambémrealizar algum processamento de medição, tal como filtrarem passa-baixa as medições brutas para reduzir o ruido demedição, integrar medições de sensor brutas, interpolar ouqualquer outra função que pode ser certamente benéfica àpropagação e detecção de movimento.

Para um exemplo do acima exposto, um indivíduopode ser considerado como o objeto cujo movimento deve sermonitorado. 0 movimento humano pode ser estimado comoestando dentro da faixa de cerca de 10 Hz. Por conseguinte,rodar os sensores 20, 20', 23 a uma taxa de atualização de100 Hz produziria medições a cada 10 ms, a 10 vezes alargura de banda do movimento sendo medido e monitorado. Amarcação de tempo deve, dessa forma, ser feita com umaprecisão de menos que 5 ms para alinhar adequadamente amedição a partir de múltiplos sensores 20, 20', 23.Notavelmente, o tempo absoluto não é crítico, visto quequalquer erro no mesmo será comum às medições a partir detodos os sensores. Quanto mais elevada a dinâmica daplataforma sendo rastreada, mais elevada taxa de amostragemé necessária para detectar e descrever o movimento, dessaforma, a melhor marcação de tempo é necessária. Mas, muitopreferencialmente, o mesmo relógio é utilizado paramedições de marca de tempo a partir de diferentes sensores.

A figura 8 oferece o fluxo de chamada para umaplicativo típico do método revelado, tal como deve serutilizado, por exemplo, em uma rotina de estabilização deimagem. Quando do começo da aplicação, o relógio 34 éreconfigurado para inicializar a temporização comum para osistema. Simultaneamente com, ou muito pouco depois da,reconfiguração ' do relógio, em algum tempo zero (t0)selecionado, as coordenadas para todos os sensores 20, 20',23 são inicializadas, por exemplo, as coordenadas do sensornúmero um 20 são inicializadas para (x,y,z)\ e ascoordenadas do sensor número dois 20' são inicializadaspara (x,y,z)20 e as coordenadas para o sensor número três 23são inicializadas para (x,y,z)30. O aplicativo roda e omovimento linear e angular completo (se algum) do sensor um20 é detectado, medido e transmitido para o processador 32,pelo que os dados para o sensor um 20 são marcados comtempo e gravados. O movimento completo (se algum) do sensornúmero dois 20' é, de forma similar, detectado, medido etransmitido para o processador 32, e os dados recebidospara o sensor dois 20' também são marcados com tempo egravados. A marcação de tempo e a gravação de medição sãorealizadas à taxa de amostragem controlada pelo processador 32.

Referindo-se ainda à figura 8, é visto que oprocessamento preciso de dados exige que o tempo exigidopara obter as medições respectivas seja preferencialmenteconsiderado. Por conseguinte, o processador 32 computa ointervalo de tempo ou "delta" para a duração da mediçãopara o sensor número um 20, assim como a duração da mediçãopara o sensor número dois 20', durante um período de tempo(no qual movimento translacional e/ou rotacional pode estarocorrendo). A duração da medição é definida pela taxa deamostragem de medição e é igual a t1~t0 onde to é a marca detempo de uma medição anterior e ti é a marca de tempo damedição atual. O período de observação completo é feito dosperíodos de permanência, e as mudanças posicionai erotacional têm que ser integradas sobre o período deobservação completo para considerar qualquer movimento queocorreu durante este período de tempo. Por exemplo, à taxade amostragem de 100 Hz, cem permanências, cada de duraçãode 10 ms, podem ser integradas para gerar a mudança naposição linear e rotacional do objeto dentro de um períodode observação de 1 segundo.

As coordenadas posicionais para o sensor númeroum 20 são então calculadas em um tempo ti utilizando aEquação (1) acima referida. As coordenadas posicionais parao sensor número dois 20' são computadas.

Finalmente, a medição e a detecção de movimentoprovidas pelo sensor número três 23 podem ser processadas,de forma similar, para seis graus de liberdade, observaçãoe processamento. Qualquer mudança em (x, y, ζ, τ, φ, ψ) 'éutilizada para computar, atualizar, e gravar a posição doplano 22 definido pelas coordenadas dos sensores um e dois20, 20', e o sensor três 23 permitindo a determinaçãocompleta das "novas" coordenadas no tempo ti para ossensores 20, 20' e 23 (i.e., (x,y,z)\, (x,y,z)20 e (x,y,z)30) .Esse processo é repetido enquanto o movimento precisar serobservado pelo aplicativo básico. 0 novo aplicativo podeentão ser reiniciado com uma reconfiguração de relógio, eas coordenadas para os sensores 20, 20' e 23reinicializadas, e o método repetido como desejado.

Aqueles versados na técnica entenderiam queinformações e sinais podem ser representados utilizandoqualquer uma de uma variedade de diferentes tecnologias etécnicas. Por exemplo, dados, instruções, comandos,informações, sinais, bits, símbolos e chips que podem serreferidos ao longo de toda a descrição acima podem serrepresentados por tensões, correntes, ondaseletromagnéticas, partículas ou campos magnéticos,partículas ou campos ópticos, ou quaisquer combinações detais.

Aqueces versados na técnica apreciariamadicionalmente que os vários blocos lógicos ilustrativos,módulos, circuitos, e etapas de algoritmo descritos emconexão com as modalidades reveladas aqui podem serimplementados como hardware eletrônico, software decomputador, ou combinações de ambos. Para ilustrarclaramente essa intercambialidade de hardware e software,vários componentes ilustrativos, blocos, módulos,circuitos, e etapas foram descritos acima geralmente emtermos de sua funcionalidade. Se tal funcionalidade éimplementada como hardware ou software depende da aplicaçãoespecifica e das restrições do projeto impostas ao sistemacomo um todo. Versados na técnica podem implementar afuncionalidade descrita de formas variáveis para cadaaplicação especifica, mas tais decisões de implementaçãonão devem ser interpretadas como causando um afastamento doescopo da presente invenção.

Os vários blocos lógicos ilustrativos, módulos ecircuitos descritos em conexão com as modalidades reveladasaqui podem ser implementados ou realizados com umprocessador de finalidade geral, um Processador de SinalDigital (DSP), um Circuito Integrado de AplicaçãoEspecifica (ASIC), um Arranjo de Portas Programáveis emCampo (FPGA) ou outro dispositivo lógico programável, portadiscreta ou lógica de transistor, componentes de hardwarediscretos, ou qualquer combinação dos mesmos projetada pararealizar as funções aqui descritas. Um processador definalidade geral pode ser um microprocessador, mas,alternativamente, o processador pode ser qualquerprocessador, controlador, microcontrolador ou máquina deestado convencional. Um processador pode ser tambémimplementado como uma combinação de dispositivos decomputação, por exemplo, uma combinação de um DSP e ummicroprocessador, uma pluralidade de microprocessadores, umou mais microprocessadores em conjunto com um núcleo deDSP, ou qualquer outra configuração desse tipo.

As etapas de um método ou algoritmo descritas emconexão com as modalidades reveladas aqui podem serincorporadas diretamente em hardware, em um módulo desoftware executado por um processador,, ou em uma combinaçãodos dois. Um módulo de software pode residir em Memória deAcesso Aleatório (RAM), memória flash, Memória Somente paraLeitura (ROM),' ROM Apagável e Programável (EPROM) , ROMEletricamente Programável e Apagável (EEPROM),registradores, disco rígido, disco removível, CD-ROM ouqualquer outra forma de meio de armazenamento conhecida natécnica. Um meio de armazenamento exemplar é acoplado aoprocessador de modo que o processador possa ler informaçõesdo, e gravar- informações no, meio de armazenamento.Alternativamente, o meio de armazenamento pode serintegrado ao processador. O processador e o meio dearmazenamento podem residir em um ASIC. O ASIC pode residirem um terminal de usuário. Alternativamente, o processadore o meio de armazenamento podem residir como componentesdiscretos em um terminal de usuário.

A descrição prévia das modalidades reveladas éprovida para permitir que qualquer pessoa versada natécnica fabrique ou faça uso da presente invenção. Asvárias modificações a essas modalidades ficarão prontamenteclaras para os versados na técnica e os princípiosgenéricos aqui definidos podem ser aplicados a outrasmodalidades sem se afastar do espírito ou escopo dainvenção. Dessa forma, a presente invenção não deve serlimitada às modalidades aqui mostradas, mas deve-lhe seracordado o escopo mais amplo consistente com os princípiose características novas aqui revelados.

Claims (1)

1. Método para medir movimento e mudanças naorientação de um objeto em seis graus de liberdade,compreendendo as etapas de:prover no objeto um primeiro e um segundoacelerômetro linear dispostos em um eixo imaginário;dispor no objeto um terceiro acelerômetro lineardisposto fora do eixo imaginário;medir com os primeiro e segundo acelerômetroslineares o movimento linear do objeto em relação a umsistema de coordenadas x-y-z;medir com os primeiro e segundo acelerômetroslineares a rotação angular do objeto em relação a doiseixos de rotação; edeterminar a partir de pelo menos uma saida doterceiro acelerômetro linear qualquer movimento do eixoimaginário em relação ao sistema de coordenadas x-y-z.