ES2204320B1 - Sistema de guiado de vehiculos basado en comandos de soplo. - Google Patents
Sistema de guiado de vehiculos basado en comandos de soplo.Info
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Abstract
Sistema de guiado de vehículos basado en comandos
de soplo.
El sistema objeto de la presente invención
permite el guiado, o conducción, de vehículos mediante comandos de
soplo, y está concebido para ser incorporado en sillas de ruedas u
otros móviles semejantes. El sistema consta de un sensor de flujo
de aire, analógico (1); una etapa de acondicionamiento de señal
(2); un sistema de conversión A/D (3) y un sistema electrónico de
tratamiento digital de esta señal (4) con un algoritmo de detección
multinivel que permite obtener consignas de suficiente precisión
como para poder guiar con seguridad, suavidad y suficiente
precisión el móvil (5).
Como primera aplicación, este sistema permite el
desplazamiento autónomo, usando sillas de ruedas eléctricas, de
personas con carencias motrices tales que les impidan el uso de
otros métodos de guiado ya existentes, como los mandos lineales de
palanca (joysticks), y los sistemas de barrido (scanners).
Description
Sistema de guiado de vehículos, basado en
comandos de soplo.
La presente invención se refiere a un sistema
electrónico e informático para el guiado o conducción de vehículos
(en principio, eléctricos) mediante comandos de soplo, incluyendo
un novedoso sistema sensorial junto al sistema A/D correspondiente
y un algoritmo de codificación de las señales de soplo apropiado.
El conjunto de ambos elementos (el sistema electrónico y el
informático) permite conducir el vehículo con suficiente precisión y
sensibilidad.
El problema de la comunicación entre una persona
con elevados grados de discapacidad motora y su entorno, ya sea
con otras personas o con máquinas que faciliten su vida, depende
del grado de inmovilidad de la primera. Entre los casos más graves
está el de la tetraplejia, en el cual no existe posibilidad de
realizar movimientos con ninguna de las cuatro extremidades.
Estas personas se ven abocadas a vivir
dependientes de otras para gran parte de sus actividades
cotidianas. En lo que atañe a su movilidad, su alternativa es el uso
de sillas de ruedas adaptadas a sus características personales,
siendo el mejor de los casos el de las sillas de ruedas
motorizadas. No obstante, los métodos convencionales de comando o
guiado de la silla motorizada implican el uso de las manos,
accionando con ellas palancas (más conocidas como 'joysticks') o
algún sistema de pulsadores al efecto.
Sin embargo, en el caso de no poder usar las
manos como método de guía las alternativas se reducen y con ellas
la calidad de vida del sujeto. En estos casos extremos aún existen
otros posibles métodos de emitir comandos hacia los sistemas de
control de la silla motorizada mediante sistemas de barrido (o
scanners), pulsadores accionados con partes del cuerpo aún con
movilidad (por ejemplo, la cabeza) o incluso movimientos de la
lengua sobre palancas manuales u otros dispositivos similares,
convenientemente adaptados. El inconveniente, inevitable hasta
ahora, es que estos sistemas adolecen de una tiempo de respuesta
muy alto, lo que les convierte en ineficaces para una conducción
satisfactoria de la silla en condiciones normales: desplazamientos
en entornos complejos, correcciones de ruta para esquivar
obstáculos, paso por puertas y demás casos habituales en la vida
diaria.
Para estos casos de discapacidad extrema, el
sistema objeto de esta invención proporciona un método rápido y
eficaz de emitir comandos reconocibles por un sistema electrónico,
como una silla de ruedas motorizada, en forma alternativa al guiado
manual por palanca, utilizando únicamente el flujo de aire
espirado o aspirado por el usuario.
Precisamente el mayor problema encontrado en la
codificación por soplo está en lo restringido del repertorio de
comandos que permite el soplido (sólo existen en principio dos
posibilidades: soplar y absorber aire); así hasta ahora el soplo
sólo se usa como medio de accionamiento de un pulsador de sólo dos
estados (abierto y cerrado), lo que le hace idéntico a cualquier
otro de los conocidos como sistemas de barrido y pulsador. Por el
contrario, en el invento que se presenta se ha especificado y
experimentado un sistema que permite obtener información tanto del
sentido del aire que entra o sale de la boca como también de su
intensidad, con lo que el abanico de comandos se amplía
permitiendo codificar un mayor número de acciones y la creación,
en la práctica, de un nuevo modo de conducción o guiado.
No se conoce la existencia de patente o modelo de
utilidad alguno cuyas características sean el objeto de la
presente invención.
El sistema de guiado por soplo consiste en una
arquitectura electrónica (tarjeta electrónica),
principalmente encargada de captar y procesar las señales de soplo y
unos algoritmos de proceso de datos asociados, con la
misión de codificar como comandos útiles las señales
anteriores.
A continuación se explican con más detalles cada
uno de los dos subsistemas mencionados:
Este sistema electrónico tiene la función de
capturar las señales obtenidas del soplo, y realizar el
procesamiento adecuado para poder detectar con la suficiente
robustez y precisión dicha señal y sacar así el mayor partido
posible de esta información. La tarjeta se divide en los
siguientes bloques:
Recibe el flujo de aire del soplo a través de un
tubo colocado desde la boca del usuario hasta los orificios de
entrada de los sensores.
Permite adaptar las características de la señal
eléctrica proporcionada por el sensor de flujo a las necesidades
del resto del sistema.
Consiste en un conversor Analógico a Digital
(ADC) que incluye las etapas de muestreo, retención, cuantificación
y codificación de la señal procedente de la etapa de
acondicionamiento vista en el punto anterior. Como salida se
obtiene un código digital, que cubre el rango de todas las posibles
consignas en función del flujo de aire y que será analizado por el
algoritmo de proceso de datos del sistema.
Capaz de tomar como entrada el código digital
procedente de la unidad ADC y ejecutar el algoritmo de procesado de
datos necesario para obtener los comandos de movimiento del
vehículo.
Los datos digitalizados procedentes de la etapa
de conversión AD son analizados y procesados para extraer de los
mismos los comandos deseados por el usuario, permitiendo la
comunicación entre la persona y la máquina. En el prototipo
experimental, estos algoritmos se ejecutan como un programa
(software) en un sistema digital basado en microprocesador,
aunque son igualmente ejecutables en sistemas microelectrónicos
equivalentes, como los dispositivos lógicos programables. El
algoritmo desarrollado incorpora a la información de sentido e
intensidad del soplo recibida del sensor, otras informaciones como
por ejemplo la duración de los soplos, obteniéndose así una gama
multinivel de comandos que permite codificar cualquier acción
motriz que el usuario intente obtener del vehículo o móvil.
La figura 1 muestra el diagrama de bloques del
sistema electrónico para la captura, adaptación, digitalización y
proceso de la información de flujo de aire. Las funciones y
características de cada uno de los bloques numerados se corresponden
con las descripciones realizadas en el apartado anterior
(explicación).
El sistema de guiado de un móvil mediante soplo,
está formado por una tarjeta electrónica específica, capaz de
procesar adecuadamente la información de soplo y actuar sobre la
entrada de comandos del móvil. Las salidas que el sistema puede
entregar pueden ser analógicas, como la entregada por los mandos o
palancas convencionales, o mensajes a través de un Bus Serie de
comunicaciones para los sistemas más avanzados o experimentales
(como por ejemplo: Bus CAN, Bus M3S, o Bus LonWorks sobre el que se
ha construido el prototipo experimental).
La tarjeta electrónica capta las señales del
sensor de flujo y se encarga de procesar los datos obtenidos. Para
ello dispone:
- \sqbullet
- Acondicionador de señal: basado en un amplificador diferencial e incluyendo una etapa excitadora del sensor.
- \sqbullet
- Conversor analógico-digital (ADC), se considera idóneo un conversor de 8 bits.
- \sqbullet
- Unidad de proceso de datos: en el prototipo experimental se dispone de un microcontrolador que se encarga de almacenar los datos y extraer información de niveles y tiempos. La misma tarea puede realizarse por circuitos lógicos programables, tipo FPGA o similares.
La Unidad de Proceso de Datos se encarga de
ejecutar el algoritmo de interpretación de los comandos deseados a
partir de la secuencia de soplos del usuario. Para la codificación
de los distintos comandos se ha creado un sistema de estados que
permite incorporar la información de temporización de los
soplidos. Esto se realiza almacenando el estado anterior del
soplido y comparándolo con el estado actual recogido del sensor en
cada instante.
En el prototipo experimental de silla de ruedas
se han codificado los siguientes estados:
- 51
- PARADO
- 51
- MARCHA HACIA ADELANTE
- 51
- MARCHA HACIA ATRÁS
- 51
- GIRANDO HACIA LA DERECHA
- 51
- GIRANDO HACIA LA IZQUIERDA
Pudiendo alguno de los estados anteriores
aparecer de forma combinada, por ejemplo: 'Parado y girando hacia
la derecha', 'Marcha atrás y girando a la izquierda', etc.
Los comandos incorporados en el prototipo
experimental son:
- 51
- INCREMENTAR LA VELOCIDAD LINEAL (soplo intenso, rápido)
- 51
- DECREMENTAR LA VELOCIDAD LINEAL (absorción intensa, rápida)
- 51
- GIRO HACIA LA DERECHA (soplo ligero)
- 51
- GIRO HACIA LA IZQUIERDA (absorción ligera)
Tanto los comandos reconocidos como las acciones
y estados controlables son totalmente reconfigurables con la
adecuada intervención sobre el algoritmo de proceso de datos.
De esta forma, el sistema inicialmente descrito
para actuar sobre una silla de ruedas puede adaptarse al control
de cualquier móvil o a otros elementos controlables por medios
electrónicos, como electrodomésticos, automatismos varios (puertas,
ascensores, ...), etc.
Claims (4)
1. Sistema de guiado de vehículos, basado en
comandos de soplo caracterizado porque está constituido por
la asociación funcional de una tarjeta electrónica para captura,
digitalización y procesamiento de las señales eléctricas
procedentes de un sensor de flujo de aire y un algoritmo de proceso
de datos para codificar dichos comandos y permitir el guiado de
vehículos o móviles mediante éstos.
2. Sistema de guiado de vehículos basado en
comandos de soplo según reivindicación 1, caracterizado por
detectar de forma automática el sentido, dirección y duración del
soplo emitido por el usuario, y en función de este soplo el usuario
puede controlar las velocidades, tanto lineal como angular, de
desplazamiento del vehículo.
3. Sistema de guiado de vehículos basado en
comandos de soplo según reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado por permitir la conducción de cualquier tipo
de vehículos o móviles eléctricos, tales como sillas de ruedas
motorizadas, usando sólo la expulsión y absorción de aire.
4. Sistema de guiado de vehículos basado en
comandos de soplo según reivindicaciones anteriores 1, 2 y 3,
caracterizado porque los comandos que se generan del
tratamiento de la señal de soplo pueden ser reprogramados según las
necesidades particulares del usuario del vehículo.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200202213A ES2204320B1 (es) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | Sistema de guiado de vehiculos basado en comandos de soplo. |
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---|---|
ES2204320A1 ES2204320A1 (es) | 2004-04-16 |
ES2204320B1 true ES2204320B1 (es) | 2005-03-16 |
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ID=32187416
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES200202213A Expired - Fee Related ES2204320B1 (es) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | Sistema de guiado de vehiculos basado en comandos de soplo. |
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---|---|
ES (1) | ES2204320B1 (es) |
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2002
- 2002-09-30 ES ES200202213A patent/ES2204320B1/es not_active Expired - Fee Related
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ES2204320A1 (es) | 2004-04-16 |
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