ES2212726A1 - Dispositivo de medicion dinamica de la posicion relativa de un objeto-. - Google Patents
Dispositivo de medicion dinamica de la posicion relativa de un objeto-.Info
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Abstract
Dispositivo de medición dinámica de la posición relativa de un objeto, respecto de un sistema de referencia móvil, que comprende un brazo mecánico articulado con cinco grados de libertad y provisto de cinco sensores de posición angular, que permite la medición de las tres coordenadas espaciales de un punto del objeto de medida y de dos ángulos de inclinación ({al}(convergencia) y {ga}(caída)) que definen un plano de simetría del objeto de medida respecto a un punto de referencia, siendo dicho dispositivo particularmente aplicable para la medición dinámica de la posición relativa de una rueda de vehículo.
Description
Dispositivo de medición dinámica de la posición
relativa de un objeto.
La invención se refiere a un dispositivo de
medición dinámica de la posición relativa de un objeto,
particularmente aplicable para la medición dinámica de la posición
relativa de una rueda de vehículo.
En el estudio del comportamiento dinámico de un
vehículo de carretera, resulta muy interesante obtener información
relativa a la posición de la rueda del vehículo en combinación con
otros datos como el ángulo de convergencia, (el ángulo de giro de
las ruedas que hacen girar al vehículo), o el ángulo de caída (la
inclinación respecto de la horizontal), para estudiar la respuesta
del chasis de dirección del vehículo. Para realizar este tipo de
estudios hacen falta una pluralidad de mediciones que se consiguen
mediante procedimientos y dispositivos diferentes, resultando muy
difícil de obtener dichos parámetros en continuo (en ruta o sin
detener el vehículo) y bajo distintas condiciones de
conducción.
Las realizaciones próximas al objeto de la
invención, no responden a necesidades creadas en el mundo de la
automoción, por ejemplo, en donde los distintos sistemas de
medición de la posición de las ruedas del vehículo respecto al
chasis o a un punto de referencia del mismo, son dispositivos que, o
bien toman medidas de carácter estático, sin estar el vehículo en
marcha, o bien no son capaces de determinar la posición además de
los ángulos de giro e inclinación (o de convergencia y caída
respectivamente) de la rueda, todo ello mediante un mismo
sistema.
De igual modo, dichos dispositivos no son
fácilmente amovibles para ser instalados en un vehículo diferente
pues, su calibración y su posicionamiento deviene muy complejo y
diferente para vehículos o modelos distintos.
Los dispositivos capaces de detectar o de medir
otros parámetros además de la posición geométrica de las ruedas del
vehículo, utilizan sistemas de medida basados en observaciones
ópticas, como en EP 1203927, o a partir de sistemas basados en
haces o fuentes de luz y sensores que captan el retorno de dichos
haces reflejados, como en US 2002/0018218.
Los dispositivos de carácter mecánico existentes,
además de no ser capaces de determinar todos los parámetros
deseados, disponen de brazos telescópicos que disminuyen la
exactitud de las mediciones finales, al basarse los resultados
finales en operaciones trigonométricas, fundamentadas en las
relaciones matemáticas conocidas, entre los diferentes lados de un
triángulo y el valor de los senos o cosenos de los
ángulos que definen.
Así pues, un sistema que permitiese obtener al
mismo tiempo los datos relativos a la posición, ángulo de giro e
inclinación de las ruedas, con la precisión adecuada, que fuese
amovible y adaptable a diferentes vehículos, resultaría muy útil
para estudiar el comportamiento dinámico de dichos vehículos y de
sus sistemas auxiliares tales como las suspensiones, brazos de
acoplamiento, ejes o sistemas de dirección, así como también sería
una herramienta muy potente para la comparación del comportamiento
dinámico de distintos modelos de vehículos con similares
características.
Con la finalidad de dar solución simultánea a
todos estos problemas e inconvenientes, se da a conocer el
dispositivo de medición dinámica de la posición relativa de un
objeto.
El dispositivo de medición dinámica de la
posición relativa de un objeto, de una referencia móvil, que actúa
de unión entre dicha referencia y el objeto cuyas coordenadas y
posición relativa se desea conocer.
En esencia, el dispositivo de medición dinámica
de la posición relativa de un objeto, se caracteriza porque
comprende un brazo mecánico articulado con cinco grados de libertad
y provisto de cinco sensores de posición angular, que permite la
medición de las tres coordenadas espaciales X, Y, Z de un punto del
objeto de medida y de dos ángulos de inclinación (\alpha
(convergencia) y \gamma (caída)) que definen un plano de simetría
del objeto de medida respecto a un punto de referencia.
Según un modo de realización preferido, el brazo
articulado con cinco grados de libertad comprende: una articulación
giratoria, según un eje imaginario, que actúa de unión entre el
punto de referencia y el brazo articulado a través de una primera
parte móvil; tres articulaciones rotatorias según 3 ejes
imaginarios, paralelos entre sí y con una misma dirección, que
actúan de unión entre la primera parte móvil y las tres siguientes;
y otra articulación rotatoria según otro eje imaginario que actúa
de unión entre las dos últimas partes móviles del brazo
articulado.
Según otro modo de realización preferido, los
sensores, localizados en cada una de las articulaciones rotatorias
del dispositivo, son respectivos captadores de posición angular
absoluta basados en fenómenos ópticos.
De acuerdo con una forma de realización
preferente, el dispositivo está adaptado para ser montado en un
vehículo automóvil, de manera que el punto de referencia comprende
un medio de fijación adaptado para acoplarse a un elemento fijo del
vehículo, y la parte móvil más extrema del brazo articulado
comprende un adaptador, unido mediante un eje rotativo, capaz de
acoplarse a una de las ruedas del vehículo, de manera que el
dispositivo de medición dinámica determina la posición relativa de
la rueda respecto de un punto fijo del vehículo y permite estudiar
el comportamiento dinámico de los elementos de rodadura en
respuesta a diferentes situaciones de conducción.
De acuerdo a otra característica relativa a la
invención, se da a conocer un procedimiento para la determinación
del comportamiento dinámico de un vehículo de transporte, basado en
la medición de la posición relativa de sus ruedas, y que se
caracteriza porque se utiliza al menos un dispositivo de medición
dinámica de la posición relativa de un objeto, estando acoplado cada
dispositivo a una respectiva rueda del vehículo.
Las características antes descritas del
dispositivo de medición dinámica de la posición relativa de un
objeto, aportan mejoras en los sistemas actuales de medición de la
posición relativa de un objeto y sus ángulos de inclinación, puesto
que no ofrecen las mismas prestaciones de medida: rango y precisión,
y son de gran complejidad de montaje e utilización.
El dispositivo de medición dinámica de la
posición relativa de un objeto, aporta una herramienta muy precisa,
de bajo peso y dimensiones, muy útil para el estudio del
comportamiento de los diferentes elementos asociados a las ruedas de
un vehículo como la dirección, las suspensiones, los equipos de
freno... etc., en ruta y bajo diferentes situaciones de
conducción.
En los dibujos adjuntos se representa, a título
de ejemplo no limitativo, un modo de realización preferido del
dispositivo de medición dinámica de la posición relativa de un
objeto. En dichos dibujos,
la Fig. 1 es una vista en perspectiva del
dispositivo de medición dinámica de la posición relativa de un
objeto;
la Fig. 2 es una vista en perspectiva del
dispositivo de la Fig.1, montado en un vehículo automóvil;
la Fig. 3 es un esquema orientativo del valor del
ángulo de convergencia (\alpha); y
la Fig. 4 es un esquema orientativo del valor del
ángulo de caída (\gamma);
La descripción que sigue hace referencia a los
dibujos antes explicados, que permiten apreciar con detalle las
diferentes partes de que está formado una realización preferida del
dispositivo de medición dinámica de la posición relativa de un
objeto.
El dispositivo representado, se basa en un brazo
metálico articulado 16 que comprende cinco partes móviles 11, 12,
13, 14 y 15 de un material ligero, como por ejemplo aluminio. Cada
parte móvil del brazo articulado está unida a las contiguas
mediante sendas articulaciones rotatorias. Así, la articulación
rotatoria 22 actúa según un eje imaginario 2 y actúa de unión entre
las partes móviles 11 y 12, añadiendo al dispositivo un grado de
libertad de movimiento. Del mismo modo, la articulación rotatoria
23 actúa de unión entre 12 y 13 según un eje imaginario 3, la
articulación rotatoria 24 actúa de unión entre 13 y 14 según un eje
imaginario 4, y finalmente la articulación rotatoria 25 actúa de
unión entre las partes móviles 14 y 15 según un eje imaginario 5. El
quinto grado de libertad del dispositivo viene dado por la
articulación rotatoria 21, la cual, además, actúa de unión entre el
brazo articulado 16, a través de la parte móvil 11, y el punto de
referencia 10, según un eje imaginario 1.
En total son cinco los grados de libertad del
sistema, tres de los cuales sirven, mediante los sensores, para
determinar la posición relativa del extremo de la parte móvil 15,
acoplada al objeto del cual se pretende obtener la información, de
manera que es posible determinar la posición de cualquier punto del
objeto siempre y cuando éste sea un mismo sólido. Los dos restantes
grados de libertad determinan dos ángulos de inclinación (respecto
de una referencia) que definen un plano de simetría del objeto.
En la realización representada en los dibujos, el
plano en cuestión simula la rueda de un vehículo y los ángulos a
determinar son el ángulo de giro de las ruedas, que determinan la
dirección del vehículo, denominado ángulo de convergencia \alpha,
y la inclinación respecto de la horizontal, denominado ángulo de
caída \gamma. En las Figs. 3 y 4, indicativas de los ángulos
mencionados, las ruedas 27 de un vehículo 26 están representadas
esquemáticamente para una mayor aclaración de los ángulos de medida,
siendo la Fig. 3 un esquema en alzado del vehículo y la Fig. 4 un
esquema frontal de una de las ruedas del vehículo.
Para poder obtener una medición de los parámetros
anteriormente citados (posición y ángulos), los sensores 31, 32,
33, 34 y 35, que preferiblemente son captadores de posición angular
absoluta basados en fenómenos ópticos (comúnmente llamados
``encoders'' por los expertos en la materia), acoplados en las
articulaciones 21, 22, 23, 24 y 25 comunican a un sistema exterior,
no representado, la posición o grado de giro de cada una de las
articulaciones respecto de una situación inicial a lo largo del
tiempo. Con la información adquirida de los sensores y los
parámetros del dispositivo (las longitudes de sus partes móviles),
se puede determinar la posición espacial de un punto de la rueda,
así como las inclinaciones del plano representativo de la misma,
mediante cálculos matemáticos.
Para poder efectuar tales mediciones de forma
dinámica, con el vehículo en movimiento, el adaptador 17 se acopla
a una rueda 18 del vehículo y a la parte móvil 15 del brazo
articulado, mediante un eje rotativo 6 (ver Fig. 2). De esta manera
se aumentaría todavía más el número de grados de libertad del
dispositivo. Aunque en los dibujos adjuntos no se muestra, en dicho
eje también podría acoplarse un sensor para determinar la velocidad
de giro de la rueda o el número de revoluciones por unidad de
tiempo. Por otra parte, el punto de referencia 10, solidario al
vehículo, comprende un medio de fijación 9 adaptado para acoplarse
a un elemento fijo del vehículo, que en el caso representado es un
punto de la carrocería 8.
En la realización de los dibujos, la geometría
del dispositivo está optimizada para que el brazo articulado se
adapte perfectamente a los movimientos de la rueda del vehículo, de
tal forma que las proporciones en longitud de cada una de las
partes móviles, así como la localización de cada una de las
articulaciones, conforman un dispositivo final que no ofrece
resistencia al movimiento de la rueda y se adapta perfectamente a
los recorridos o a la carrera del punto de unión entre el brazo y
la rueda.
Del mismo modo, cabe decir que el orden en la
disposición de las articulaciones a lo largo del brazo articulado,
también son las óptimas para la aplicación particular que aquí se
describe.
Claims (5)
1. Dispositivo de medición dinámica de la
posición relativa de un objeto, respecto de un sistema de
referencia móvil, del tipo de los que están formados por al menos
un brazo articulado que actúa de unión entre dicho sistema de
referencia y el objeto cuyas coordenadas y posición relativa se
desea conocer, caracterizado porque comprende un brazo
mecánico articulado (16) con cinco grados de libertad y provisto de
cinco sensores de posición angular (31, 32, 33, 34 y 35), que
permite la medición de las tres coordenadas espaciales X, Y, Z de
un punto del objeto de medida y de dos ángulos de inclinación
(\alpha (convergencia) y \gamma (caída)) que definen un plano
de simetría del objeto de medida respecto a un punto de
referencia.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el brazo articulado (16) con cinco
grados de libertad comprende: una articulación giratoria (21),
según un eje imaginario (1), que actúa de unión entre el punto de
referencia (10) y el brazo articulado (16), a través de su parte
móvil (11); tres articulaciones rotatorias (22, 23 y 24) según 3
ejes imaginarios (2, 3 y 4) respectivamente, paralelos entre sí y
con una misma dirección, que actúan de unión entre las partes
móviles (11, 12, 13 y 14); y otra articulación rotatoria (25) según
un eje imaginario (5) que actúa de unión entre las partes móviles
(14) y (15) del brazo articulado.
3. Dispositivo según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque los sensores (31, 32, 33,
34 y 35), localizados en cada una de las articulaciones rotatorias,
son respectivos captadores de posición angular ópticos.
4. Dispositivo según las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque dicho está adaptado para
ser montado en un vehículo (8) automóvil, de manera que el punto de
referencia (10) comprende un medio de fijación (9), adaptado para
acoplarse a un elemento fijo del vehículo, y porque la parte móvil
(15) del brazo articulado (16) comprende un adaptador (17), unido
mediante un eje rotativo (6), capaz de acoplarse a una de las
ruedas (7) del vehículo, de manera que el dispositivo de medición
dinámica determina la posición relativa de la rueda respecto de un
punto fijo del vehículo y permite estudiar el comportamiento
dinámico de los elementos de rodadura en respuesta a diferentes
situaciones de conducción.
5. Procedimiento para la determinación del
comportamiento dinámico de un vehículo de transporte, basado en la
medición de la posición relativa de sus ruedas,
caracterizado porque utiliza al menos un dispositivo de
medición dinámica de la posición relativa de un objeto, estando
acoplado cada dispositivo al menos a una respectiva rueda del
vehículo (8).
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