ES2260650T3 - Juguete movil controlado mediante luz. - Google Patents

Abstract

Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto: en el que dicho mando de control remoto comprende una fuente de luz (13) que emite un rayo luminoso en dirección al suelo, en el que dicha luz es modulada a una frecuencia muy superior a la frecuencia de modulación de la luz doméstica, en el que dicha luz genera una traza estrecha sobre el suelo y, por lo cual, dicha luz es inofensiva para los ojos del usuario, cuyo ingenio comprende, al menos, dos perceptores optoelectrónicos (56, 57) dispuestos en dos lados opuestos del frontal del citado ingenio, estando orientado su campo de recepción en dirección al suelo y que alimentan una señal de control sustancialmente proporcional a la intensidad del flujo de dicha luz modulada que se recibe en su mencionado campo de recepción; cuyo ingenio comprende, al menos, un motor eléctrico (54, 55) que recibe dicha señal de control y activa el citado motor a una velocidad sustancialmente proporcional, en el que - la diferencia entre el nivel de lasseñales de control alimentadas por los dos perceptores optoelectrónicos controla el giro del ingenio en la dirección del perceptor que entrega la señal de control más potente y - la suma de las señales de control alimentadas por los perceptores optoelectrónicos controla el accionamiento en marcha adelante del motor, de tal modo que dicho ingenio persigue dicha traza sobre el suelo, y la alcanza.

Description

Juguete móvil controlado mediante luz.

Campo del invento

El presente invento se refiere a un juguete móvil, motorizado y controlado a distancia, cuyo control remoto es ergonómico y está simplificado, y está destinado a ser utilizado por un niño muy pequeño.

Información sobre la técnica anterior

Existen muchas clases de controles remotos, basados tanto en ondas de radio como en radiación infrarroja. Estos controles remotos emiten, en particular, instrucciones de aceleración o de cambio de dirección hacia el juguete motorizado. Estas instrucciones son interpretadas por el vehículo, de acuerdo con su propia posición instantánea. Sin embargo, el usuario debe tener en cuenta esta posición para poder controlar el juguete. Estos controles típicos no son muy aceptables para un niño. El giro hacia la derecha es intuitivo cuando el vehículo se aleja del niño, pero cuando el vehículo vuelve hacia él, los controles se invierten.

Estos controles remotos no son reactivos, por cuanto no tienen en cuenta los cambios de adherencia al camino del juguete ni la dificultad para modular la aceleración. Existe la necesidad de superar estas limitaciones y proponer un control remoto intuitivo que el niño domine inmediatamente y adaptado a sus limitaciones.

La solicitud de patente alemana publicada núm. DE 2 006 570 TO describe un juguete que tiene tres detectores situados en la parte superior, en el que L1 controla el motor izquierdo M1 y L2 controla el motor M2. Los dos motores son alimentados constantemente a través de un pulsador del juguete. Cuando se ilumina un detector, se detiene el motor correspondiente. Como el otro motor todavía funciona, el juguete gira en la dirección del perceptor iluminado. El usuario tiene que apunta al perceptor, que transmite una orden binaria de activar/desactivar. Un detector L4 suspende una rueda cuya dirección es evidente, con el fin de facilitar la rotación. El juguete posee perceptores ópticos previstos en la parte superior con los motores. El usuario marcha tras el juguete proyectando un rayo de luz con precisión sobre un perceptor, para transmitir la orden de parada que pone fuera de servicio la rueda motorizada. Esto hará girar al juguete hacia el lado del perceptor iluminado.

El juguete no detecta ni sigue un punto brillante proyectado sobre el suelo por el control óptico del usuario, hasta alcanzar su centro, a través de perceptores ópticos orientados hacia el suelo, que transmiten a los motores de propulsión y de dirección una orden de velocidad, proporcional a la intensidad del flujo de la traza captada por estos perceptores, y ello sin verse influidos por un entorno con fuerte luz ambiente.

La patente norteamericana núm. 3.130.803 describe un vehículo que tiene dos perceptores ópticos orientados hacia el suelo, que entregan una orden proporcional al flujo óptico captado y, al menos, dos motores, con el fin de seguir una trayectoria materializada por una franja brillante. La señal óptica recibida en cada perceptor es incrementada directamente y alimentada al motor fin filtrarla, de forma que la velocidad de cada motor es proporcional a la intensidad de la luz ambiente y al área de difusión. La franja regula la trayectoria del juguete, pero no su velocidad. Así, el juguete no es controlado a distancia ópticamente, sino que sigue una trayectoria programada por la franja. Además, el juguete carece de sistema de control que sea insensible al nivel de la luz ambiente.

La patente norteamericana núm. 42 32 865 describe un juguete móvil controlado a distancia mediante la emisión de un rayo de luz visible o de radiación infrarroja modulado por onda de impulsos sobre los perceptores del juguete orientados hacia arriba. El sistema de control transmite una señal (retardo entre dos impulsos). Ésta es tratada por el juguete como una orden para ponerse en marcha según una programación previa. El usuario marcha tras el juguete móvil para modificar su trayectoria. El juguete tiene un sistema de control remoto de los movimientos del juguete móvil motorizado, basado en una emisión de luz modulada recibida por perceptores orientados hacia arriba. Los movimientos responden a órdenes previamente programadas en intensidad y en retardo de tiempo, y no son movimiento progresivos que dependan del flujo óptico recibido, en una dirección relativa a la posición de la traza y al vehículo.

La patente británica publicada núm. GB1354676 describe un juguete interactivo constituido por perceptores que activan un sistema óptico, táctil y sonoro que establecen un sistema de control basado en, al menos, 2 motores.

La patente norteamericana núm. 34 06 481 describe un juguete con una rueda propulsora montada para orientarse en un eje vertical, que es orientada por la acción de un rayo modulado proyectado sobre, por lo menos, dos receptores fotoeléctricos fijados con este eje de giro. La rueda y los perceptores son orientados espontáneamente para equilibrar los flujos de radiación recibidos sobre ambos perceptores. Se trata de un juguete controlado a distancia ópticamente mediante un rayo modulado que, así, es diferenciado de la luz ambiente. Para cambiar la dirección del vehículo, es necesario cambiar la fuente de luz modulada. El juguete sigue automáticamente al usuario que lleva la fuente. El juguete no sigue una traza de luz en el suelo proyectada por un control remoto óptico que se apunte hacia el área a alcanzar. Un sistema direccional está constituido por dos perceptores fotovoltaicos activados por la acción de la diferencia de nivel entre las recepciones.

Sumario

De acuerdo con el invento, un niño puede utilizar un control manual como se ilustra en la figura 1. Este control emite un rayo óptico colimado que proyecta una traza sobre el suelo. La traza generada por este control indica la zona que debe alcanzar el vehículo motorizado. El vehículo detecta, sigue y alcanza la traza, por lo que el niño, simplemente, define la trayectoria que debe seguir el vehículo.

De acuerdo con una primera realización ilustrativa del invento, el vehículo comprende, al menos, dos motores que accionan dos ruedas, una fuente autónoma de energía (por ejemplo, pilas), que alimenta a un circuito electrónico para controlar el motor, en el que este circuito electrónico recibe información sobre la posición relativa de la traza. Este circuito electrónico controla los motores para hacer avanzar el vehículo si la traza se aleja en el eje del vehículo para hacerle girar en la dirección lateral relativa que tome la
traza.

En otra realización ilustrativa del presente invento, la traza proyectada sobre el extremo trasero del vehículo controla un movimiento hacia atrás y, luego, un giro completo del vehículo. Los perceptores, que entregan información sobre la posición relativa de la traza a los circuitos electrónicos, son de naturaleza optoelectrónica. Estos perceptores detectan la dirección angular relativa de la traza.

El circuito electrónico influye sobre los motores para mantener la posición de la traza constante y por delante del vehículo. Gracias a ello, el juguete sigue a la traza. Los perceptores son, por ejemplo, fotodiodos sensibles a la luz, por ejemplo a la luz visible, en la banda de frecuencia de la traza. Los perceptores detectan una traza situada en un cono de recepción orientado hacia ellos, detectan la parte de la traza que se difunde en este cono de recepción y generan una señal eléctrica, una corriente, por ejemplo, proporcional al flujo detectado en este cono. El circuito electrónico trata las corrientes alimentadas por los perceptores y genera, en consecuencia, las corrientes para los controles de los motores.

De acuerdo con el presente invento, la corriente para el control de los motores es proporcional a las corrientes entregadas por los diodos, actuando el tratamiento como una amplificación. De acuerdo con una realización ilustrativa del invento, optimizada en cuanto a la sensibilidad y a la distancia a la que se detecta la traza, la luz ambiente, natural y artificial, se eliminan por filtrado electrónico.

La luz ambiente artificial se caracteriza por una frecuencia específica de 100 Hz o 120 Hz, como ejemplo, resultante de las modulaciones de 50 Hz o 60 Hz de la red doméstica de suministro eléctrico. La luz ambiente natural es casi constante.

Si los perceptores tienen una respuesta de frecuencia rápida, particularmente como los fotodiodos, entonces puede realizarse un filtrado para enmascarar el impacto de la luz ambiente y de la modulación de 100 Hz o 120 Hz y, así, discriminar la traza. Una modulación de amplitud del rayo a, por ejemplo, 3 kHz, está particularmente adaptada para un filtrado en recepción de la misma frecuencia de 3 kHz. De acuerdo con el presente invento, dicho filtrado asegura una elevada sensibilidad a la detección de la traza en el campo de los perceptores, a pesar de la existencia de luz natural y artificial. Esta sensibilidad es necesaria, de forma que el rayo y la traza puedan ser detectados a pesar de su baja potencia. La seguridad para la vista impone el uso de un rayo de muy baja potencia, de 0,01 mW como máximo. Con una potencia así, la potencia de la traza es mucho menor que la del flujo de luz ambiente.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en sección transversal de un mando óptico de control remoto.

La Figura 2 ilustra un ejemplo de un circuito electrónico para el mando de control remoto de la Figura 1.

La Figura 3 ilustra la modulación por impulsos de la luz emitida por el mando de control remoto de la Figura 1.

La Figura 4 muestra el espectro de frecuencia de la modulación de la luz de la Figura 3.

La Figura 5 muestra una primera realización ilustrativa de la mecánica de un automóvil controlado con el mando óptico de control remoto de la Figura 1.

La Figura 6 es una vista esquemática de la electrónica de tratamiento del automóvil de la Figura 5.

La Figura 7 ilustra la señal alimentada por el perceptor y la señal para activar el motor.

La Figura 8 representa un espectro del filtro de paso de banda de la electrónica de tratamiento.

La Figura 9 es un esquema completo de la mecánica del automóvil.

La Figura 10 ilustra la electrónica de tratamiento para el automóvil de la Figura 9.

La Figura 11 ilustra una sección transversal del automóvil de la Figura 9.

La Figura 12 ilustra la modulación de la luz de un diodo.

La Figura 13 muestra la electrónica correspondiente para modular la luz.

La Figura 14 ilustra una configuración para percibir y tratar la modulación de la luz.

La Figura 15 ilustra señales ilustrativas de los perceptores y la señal PWM (modulada en anchura de impulsos) para los motores.

La Figura 16 ilustra otra realización ilustrativa para el control óptico a distancia de automóviles.

La Figura 17 muestra una combinación de circuito alternativa para tratar una señal.

La Figura 18 muestra la generación de una traza.

Las Figuras 19 y 20 muestran otra realización ilustrativa de partes optoelectrónicas.

La Figura 21 es una vista en planta de una traza a distancias largas y cortas.

La Figura 22 es una vista lateral en perspectiva de un vehículo con perceptores que reciben informa-
ción.

Descripción detallada

En la Figura 1 se ilustra un mando de control remoto óptico. El mando de control remoto óptico comprende al menos una pila 15 para funcionar de manera autónoma, un diodo transmisor 13, una lente colimadora 12 y un interruptor 16. El diodo 13 puede emitir en el espectro visible, por ejemplo en el rojo. También son apropiados el azul, verde, amarillo o blanco; por ejemplo, la radiación infrarroja también es aplicable en casos en que no se necesite ver el rayo. El diodo 13, situado aproximadamente en el punto focal de la lente 12, emite un haz que es concentrado en forma de rayo paralelo que proyecta una traza a unos pocos metros.

Una realización ilustrativa del presente invento protege al usuario contra cualquier riesgo de deslumbramiento al garantizar que el rayo solamente puede emitirse en dirección al suelo. En esta realización ilustrativa, el circuito de fuente de alimentación del diodo 13 es cerrado mediante un contactor sensible a la inclinación o a la gravedad, como un contactor 17 de bola. El contacto se cierra tan pronto como se inclina hacia abajo el mando de control remoto. Por tanto, es improbable que se pueda mirar el rayo directamente. Tal versión del mando de control está optimizada en cuanto a su ergonomía y su autonomía merced a una versión condicionada. Las pilas 15 no pueden ser sometidas a un uso inoportuno.

De acuerdo con otra realización ilustrativa del presente invento, optimizada en cuanto a sensibilidad, la intensidad del diodo es modulada por la acción de un circuito 14 modulador oscilador.

La Figura 2 representa esquemáticamente un ejemplo de realización de este circuito, mostrando la Figura 3 la señal de salida de este circuito y la Figura 4 el espectro correspondiente. En el elemento 24 de la figura 2 el modulador está formado, por ejemplo, por un circuito oscilador del tipo 555, regulado mediante dos resistencias R1 y R2 y un condensador C1 que determinan la frecuencia de oscilación. Una frecuencia de 3 kHz es, por ejemplo, no exclusiva.

Como elemento 23 en la figura 2, se representa el diodo transmisor electroluminiscente controlado por un transistor MOS M1, el elemento 27 ilustra el contactor de bola que cierra el contacto al inclinarlo hacia el suelo, el elemento 26 representa el contactor de potenciómetro que cierra el circuito y controla el nivel medio del rayo y el elemento 25 designa las pi-
las.

La intensidad de la luz varía proporcionalmente a la presión ejercida sobre el gatillo 16, en la figura 1, y 26, en la figura 2.

La figura 3 ilustra la intensidad luminosa instantánea emitida por el control dotado del modulador 24. Es modulada como una onda cuadrada a una frecuencia de 3 kHz como se ilustra en el espectro correspondiente en la figura 4.

La figura 5 muestra una realización ilustrativa del vehículo controlado con tal mando de control remoto. El vehículo comprende, al menos, dos diodos receptores 56 y 57 situados en las esquinas en el frente o en el interior del habitáculo, tras las ventanillas, una fuente autónoma de energía, como una pila 59, dos motores eléctricos independientes, 54 y 56, cada uno de los cuales controla una rueda 52 y un circuito electrónico 58 de tratamiento.

El motor 54 recibe una corriente o tensión de control que es proporcional a la intensidad de la luz recibida en el diodo 57, siendo esta intensidad la resultante de la presencia de una fracción de la traza en el campo óptico de este perceptor.

El motor 55 recibe una corriente o tensión de control que es proporcional a la intensidad de la luz recibida en el diodo 56, siendo esta intensidad la resultante de la presencia de una fracción de la traza en el campo óptico de este perceptor. De acuerdo con el invento, este automatismo de compensación permite que el vehículo siga a la traza.

Una realización ilustrativa, no exclusiva, del invento, comprende un circuito de tratamiento como se ha descrito en la figura 6. En una primera versión, el circuito solamente comprende los elementos 61, 65 y 66. El elemento 61 representa uno de los dos diodos receptores, que genera una corriente proporcional a la intensidad de la luz recibida, y el elemento 65 representa el motor del lado opuesto. Éste es recorrido por una corriente proporcional al voltaje de mando de su transistor de control M1. El voltaje de mando es proporcional a la corriente alimentada por 61 en la resistencia R14. El motor Md del elemento 65 es controlado, así, proporcionalmente a la luz recibida en el diodo 1, proporcionando la fuente 66, una pila, el voltaje V1.

En otra realización ilustrativa, un preamplificador de corriente 62 aumenta la sensibilidad del receptor. Esto se consigue, por ejemplo, mediante un transistor bipolar Q8.

En otra realización ilustrativa, solamente es amplificada la luz modulada a la frecuencia de modulación de la traza, por ejemplo 3 kHz, si esa es la frecuencia de modulación del control remoto. La discriminación se consigue mediante un filtro fijado para esta frecuencia en el elemento 63, un filtro con una estructura "Rauch" cuya banda y ganancia son reguladas por la resistencia R1 en relación con el condensador C1, C2, la resistencia R6 y, finalmente, el amplificador operacional U1.

En otra realización, un segundo nivel 64 de filtrado rechaza la frecuencia de la luz artificial, por ejemplo, 50 Hz, mediante un simple filtrado de pasa-altos constituido por R15 y C6; rectifica las señales a la única frecuencia de 3 kHz con ayuda del diodo D2 y, finalmente, compara la tensión Vs con un valor de umbral Vref. A partir de esta comparación se obtiene una señal de onda cuadrada denominada proporcional PWM, que es una señal de control tradicional para un variador de motor sin pérdida de carga.

El principio se explica, también, en la figura 7, que ilustra la señal de control PWM (VM1g) que tiene impulsos que aumentan de anchura a medida que la amplitud de la señal modulada, amplificada y filtrada (VD2:2) supera el valor de Vref (VR17:2). Esta señal de control PWM proporcional es generada por el comparador amplificador U2, que compara Vs con Vref.

Merced a esta combinación, se consigue un control proporcional del motor con una pérdida todo lo pequeña que es posible lograr, compatible con pilas de autonomía optimizada y una débil disipación por pérdidas térmicas en el transistor M1.

El factor de calidad del filtrado, ilustrado en la figura 8, muestra que solamente se tiene en cuenta la señal modulada a 3 kHz de la luz recibida en 61. Así, la luz del día, que es de naturaleza continua, y la iluminación eléctrica (100 Hz o 120 Hz) carecen de efecto sobre los motores, por lo que el control del juguete es sensible e indiferente a las perturbaciones debidas a la luz ambiente.

Cualquier combinación de componentes 62, 63 y 64 resulta adecuada y cae dentro del marco del invento. Los elementos 61, 65 y 66 pueden ser esenciales y sistemáticos. Se ha descrito así una primera realización del invento que tiene varias versiones que admiten una mayor sofisticación y ofrecen mejores rendimientos.

En esta realización, el vehículo solamente se mueve hacia delante o gira; por tanto, en caso de un error de conducción, puede ser bloqueado por un obstáculo. Una realización alternativa del invento incluye un control de marcha atrás, que puede ser mandado ópticamente con uno o dos perceptores fotoeléctricos adicionales. Esto se ilustra en la figura 9, siendo los diodos 910 y 911 los que mandan la marcha
atrás.

En caso de que solamente un diodo controle la marcha atrás, de acuerdo con el invento, la presencia del rayo en el campo del receptor dirigido sobre el extremo trasero del vehículo, superpone una corriente que es proporcional al flujo de radiación detectado, a la corriente de los dos motores 904 y 905. Estas corrientes se superponen linealmente a las corrientes resultantes de los flujos captados en los diodos delanteros.

En caso de que haya dos diodos 910 y 911 realizando la percepción en la zona trasera, entonces los motores son controlados, por ejemplo, de la siguiente forma:

el motor 905 avanza de acuerdo con el flujo recibido por el diodo 905 y retrocede de acuerdo con el flujo recibido por el 911,

el motor 904 avanza de acuerdo con el flujo recibido por el diodo 907 y retrocede de acuerdo con el flujo recibido por el 910.

Merced a este proceso, el vehículo no se mantiene mirando hacia el rayo sino, exactamente, bajo él, ya que los motores son activados para encontrar un equilibrio correspondiente a una corriente de control cero. Solamente la posición centrada del vehículo garantiza este equilibrio. A través de este proceso ergonómico, el vehículo es guiado por la luz en todas direcciones, incluso hacia atrás. Maniobra automáticamente para encontrar la dirección correcta.

La Figura 10 representa una realización ilustrativa del control electrónico 908 de la figura 9.

M en la figura 10 es el motor 905 de la figura 9 y 1001 en la figura 10 es el diodo 906 de la figura 9, y 1011 en la figura 10 es el diodo 911 de la figura 9. Solamente las etapas 1005 y 1015 de la figura 10 están adaptadas, de acuerdo con el principio de los puentes H del control del motor.

Este principio está adaptado, en particular, a la superposición de los controles de avance/retroceso, que se anulan y se diferencian por sí mismos sin conflicto alguno. El motor reacciona de acuerdo con la diferencia de las señales generadas por cada cadena de amplificación. Los elementos 1002, 1003, 1004, 1012, 1013 y 1014 pueden ser opcionales. El vehículo, de acuerdo con el invento, puede representar cualquier tipo de juguete. Tradicionalmente, puede simular un automóvil, creándose un automóvil controlado ópticamente a distancia. El vehículo también puede consistir en una figura, un animal, etc. Por ejemplo, puede adoptar la forma de un ratón gris, guiado por un rayo de radiación infrarroja.

Tal principio de control remoto puede consistir en un mecanismo de arrastre, simple y directo, sin puntos duros. Los sistemas de motor con reductor no se prestan, de por sí, correctamente al uso esperado, debido a las inercias y a las holguras correspondientes. Por supuesto, los controles se ven penalizados por cualquier inercia, rozamiento o punto duro. Asimismo, de acuerdo con el invento, se recomienda un mecanismo simplificado, de acuerdo con el principio ilustrado en la figura 11.

Un motor 114 en miniatura alimentado con corriente continua, o similar, por ejemplo, un "vibrador de teléfono" comprende, en su eje, un manguito 115 hecho de material elástico y adherente. Un eje trasero 112 comprende dos ruedas libres montadas en un mismo eje y cubiertas hechas de material elástico y adherente. Un eje delantero 113 comprende dos ruedas libres en un mismo eje y cubiertas de material rígido y deslizante. El manguito arrastra la rueda 112, que gira libremente en su eje. El eje de la rueda 112 es guiado verticalmente y con holgura. El peso del vehículo hace que el manguito 115 descanse sobre la cubierta 112. Como se ilustra, la rotación del manguito en el sentido de la flecha provoca un acoplamiento automático que refuerza el efecto de accionamiento. Además, el motor no se aplica directamente con la rueda, sino que solamente se acopla cuando gira y, por tanto, está protegido contra choques.

La dirección en que se desplaza el vehículo viene determinada por las velocidades relativas de las dos ruedas traseras, resbalando lateralmente las ruedas delanteras durante el giro. El sistema descrito en lo que antecede sustituye ventajosamente el grupo de piñones incorporados en la actualidad en los automóviles con control remoto.

Pueden utilizarse diodos electroluminiscentes de gran luminosidad y gran calidad óptica, tales como los diodos rojos HLMP-EGL5-RV000 de la firma Agilent. Colimados mediante una lente de 4 cm de diámetro y una distancia focal de 10 cm, crean un rayo muy preciso y proyectan una traza de 5 cm a 3 metros. El modelo SLID 70 BG2A o el modelo SLID 70 C2A de la firma Silonex, pueden constituir los fotodiodos Un ejemplo de amplificador adaptado lo constituye el fabricado por la Microchip Company con la referencia MCP6021SN, del tipo BIMOS. Finalmente, la fuente de alimentación para el vehículo puede comprender una sola pila, asociada con un elevador regulador de tensión del tipo establecido, como el de la marca Maxim, con la referencia max856. Por ejemplo, el transistor MOS puede ser un FDN335n. El modulador puede ser el modelo NE555P.

En lugar del diodo electroluminiscente 13 de la figura 1, puede utilizarse un diodo láser de bajo nivel de transmisión, por seguridad de los niños. Una realización ilustrativa puede estar relacionada con la optimización del filtrado óptico realizado mediante un control que emita un rayo de radiación infrarroja modulada y mediante receptores de control remoto integrados y económicos que solamente reciban la luz infrarroja modulada que puedan generar directamente una señal de salida para el control de los motores, del tipo PWM, cuya anchura aumente con la proximidad de la traza.

Otra ventaja de esta realización ilustrativa es que puede utilizar receptores de control remoto constituidos por componentes estándar integrados, de tipo industrial, empleados por ejemplo para el control remoto de receptores de televisión. Son eficaces aún cuando la luz ambiente sea fuerte, tienen un gran alcance y consumen poca energía. De acuerdo con esta realización ilustrativa del invento, el rayo de control de radiación infrarroja colimado tiene una longitud de onda de unos 950 nm, que corresponde a la sensibilidad máxima de los receptores de infrarrojos.

De acuerdo con esta alternativa, el rayo de control es modulado a una frecuencia de unos 30 a 50 kHz, que es la banda de frecuencia usualmente empleada para los controles con infrarrojos. La potencia de esta modulación transmite una señal. Las dos señales moduladas se ilustran en la figura 12.

La potencia instantánea Ic del rayo de radación infrarroja es igual al producto de una señal más o menos triangular 121, que tiene una frecuencia de unos pocos kilohertzios, y de una portadora 122, cuya frecuencia es de 30 a 50 kHz, generada por un operador conocido como modulador 123.

La corriente de control del diodo D2 de infrarrojos, de acuerdo con este principio, es generada según un ejemplo económico de equipo electrónico ilustrado en la figura 13 por el circuito integrado X1, por ejemplo, un NE555, que constituye un oscilador cuya señal de salida X1-3 es una señal de onda cuadrada cuya frecuencia viene determinada por las resistencias R1 y R2 combinadas con el condensador C1. Esta señal de salida controla un transistor alisador de corriente M1. La señal de modulación es generada por otro oscilador X2 en combinación con sus componentes asociados.

La tensión básica del transistor bipolar Q2 restaura la forma de la señal triangular, 42 asociada con R3 constituye una fuente de alimentación de corriente variable, alisada por M1, que controla la corriente en el diodo D2. La resistencia R7 determina la duración del estado con valor alto de la señal, R6 determina la duración de la fase de descenso, viniendo fijada la pendiente de ésta por la combinación de los elementos C3, R4 y Q2. La resistencia R4 fija la duración de la extinción del diodo al final del triángulo. Este generador crea la señal de la figura 15, que representa un ejemplo, no exclusivo, de la señal de control.

De acuerdo con el invento, el receptor de control remoto por infrarrojos integra varias funciones en una sola caja, como los siguientes componentes y funciones ilustrados en la figura 14. El elemento 141 el diodo receptor de infrarrojos, el elemento 142 un preamplificador, el elemento 143 un amplificador limitador, el elemento 144 un filtro de paso de banda, el elemento 145 un desmodulador rectificador, el elemento 146 un integrador, el elemento 147 un comparador y, el elemento 148 un excitador de salida lógico que entrega Vsalida, siendo la señal inversa de Vsalida la salida del comparador.

El filtro 144 de paso de banda está centrado en la frecuencia de modulación elevada, usualmente entre 30 y 50 kHz, en la salida del modulador rectificador 145 y, después del filtrado integrador en 146, el proceso reconstituye la señal de modulación 121 de forma pseudo-triangular y con una frecuencia de 1 kHz, afectada por un coeficiente de atenuación k que es el resultado de la distancia existente entre la traza y el receptor. El comparador 147 compara el nivel de la señal rectificada con un voltaje de referencia Vref y controla el nivel lógico de la salida Vsalida.

La figura 15 ilustra las diversas señales k, Ic, Vref y Vsalida, primero con una traza situada siendo k pequeño y, luego, con una traza más próxima, siendo k mayor. Este proceso genera, de acuerdo con el invento, el equivalente del tratamiento de la cadena completa ilustrada en la figura 5, integrada en un único componente.

Entrega una indentación PWM cuya anchura aumenta con la proximidad de la traza. La duración del estado con nivel alto de la señal, ajustada por R7, es la duración mínima del impulso PWM que permite que los motores arranquen. Merced a este ajuste óptimo, el impulso PWM correspondiente a la detección de la traza a la máxima distancia, hace que el motor se ponga en marcha sin pasar por un punto muerto. A medida que la traza se aproxima, aumenta la anchura del impulso y, por tanto, la aceleración.

La resistencia R4 determina la ausencia de retardo de la señal en cada período. El respetar un retardo mínimo es preponderante para los receptores de las tres firmas citadas porque, sin este retardo, el valor lógico Vsalida se invierte por sí solo cuando el rayo satura el receptor, lo que origina el fallo del control.

El comportamiento de este equipo se mejora si se utiliza una portadora y un rayo de infrarrojos para los siguientes parámetros:

- insensibilidad a la luz ambiente, natural y artificial,

- sensibilidad a un rayo de control de muy baja potencia.

La luz ambiente es filtrada por la caja del componente que solamente deja pasar radiación infrarroja de unos 950 nm, por ejemplo, y las variaciones del nivel de la luz ambiente en las frecuencias de 30 a 50 kHz son extremadamente débiles, por lo que no perturban la recepción de la señal de control.

De acuerdo con el invento, esta alternativa se lleva a la práctica sustituyendo el circuito electrónico representado en la figura 6 y en la figura 10 por los receptores de infrarrojos y sustituyendo la electrónica del emisor de la figura 2 por la de la figura 13. Pueden utilizarse receptores de control remoto por infrarrojos como los de las compañías Sharp, Kodenshi, JRC, etc., que son compactos.

La salida lógica Vsalida controla una rama del puente H, que tiene dos transistores MOS, como se ha descrito previamente. Una segunda realización ilustrativa y su equipo, proporcionan una adaptación del principio a automóviles en miniatura, dotados de propulsión trasera garatizada mediante un solo motor 161 y cuya dirección funciona mediante ruedas oscilantes. Esta realización se ha ilustrado en la figura 16.

En consecuencia, la orientación está asegurada mediante un conjunto de varillas 162. Estas varillas son accionadas por un motor 163 y una cremallera interdependiente de 162 o mediante un electroimán 164 e imanes interdependientes de 162. Esta realización es compatible con la incorporación de un control remoto que emita una traza a seguir.

Los receptores distribuidos en las 4 esquinas del automóvil, que adoptan un valor lógico de 1 en ausencia de traza, generan mediante la combinación de sus salidas, un control de motor PWM adaptado a esta mecánica particular. La combinación lógica se muestra en la figura 17 y origina las siguientes ecuaciones lógicas:

1)

El receptor delantero derecho o el receptor trasero izquierdo controla la orientación de las ruedas delanteras hacia la derecha,

2)

El receptor delantero izquierdo o el receptor trasero derecho controla la orientación de las ruedas delanteras hacia la izquierda,

3)

Los receptores delantero derecho o delantero izquierdo controlan la propulsión del automóvil en marcha adelante,

4)

Los receptores trasero derecho o trasero izquierdo controlan la marcha atrás del automóvil.

Los conflictos son gestionados sin incidentes como estados estadísticos incontrolados. De acuerdo con esta lógica, creada de forma muy sencilla con un receptor que adopta un estado de valor bajo cuando recibe luz, un estado de valor alto cuando no recibe luz, simples diodos combinan el control del puente H de los motores y del electroimán.

Gracias al principio de PWM, los controles son progresivos, lo que proporciona una orientación y una aceleración progresivas. Constituye un progreso muy evidente en comparación con el actual estado de la técnica de los controles, cuyo comportamiento es, con frecuencia, binario, por ejemplo: aceleración máxima o parada, recto a la derecha o recto a la izquierda.

La PWM generada ópticamente permite conseguir una orientación precisa en todas las direcciones intermedias.

De acuerdo con el invento, este tipo de vehículo con 4 receptores detecta el rayo en un entorno de 20 a 40 cm a su alrededor y, automáticamente, genera la sucesión de maniobras necesarias para llegar a colocarse, por sí solo, bajo el rayo. Esto implica un automatismo avanzado que utiliza control secundario analógico vectorial.

Lo que sigue es un ejemplo de las sucesivas maniobras que pueden llevarse a cabo:

Estado inicial: La traza está situada delante y a la derecha del automóvil.

Con las ruedas giradas a la derecha, el motor lo hace avanzar.

El automóvil sobrepasa la traza y la deja a su derecha.

Las ruedas se giran hacia la izquierda y el motor invierte su marcha.

El automóvil queda orientado hacia la traza.

El automóvil avanza y sobrepasa ligeramente la traza.

Entonces, da marcha atrás y se coloca, por sí solo, exactamente debajo, en un lugar en donde los 4 perceptores detectan un nivel equivalente.

De acuerdo con el invento, el automatismo hace posible generar las 4 maniobras mínimas sucesivas para alcanzar la traza sin que intervenga el usuario, siempre que la traza se haya mantenido inmóvil. Cuando el usuario mueve la traza colocándola delante del automóvil, éste la sigue, siendo la orientación la resultante de la búsqueda del equilibrio entre los receptores delanteros, y siendo la aceleración la resultante del desequilibrio entre lo receptores delanteros y los traseros.

Otra realización ilustrativa del invento se refiere a la visualización del rayo de guía. Esta visualización tiene un fin educativo por cuanto permite seguir la traza y es deseable cuando el usuario es un niño pequeño.

El uso de un control de infrarrojos, si bien es potente, puede tener el inconveniente de las consideraciones económicas. Una óptica complementaria resuelve este problema y se ilustra en la figura 18. Comprende una óptica doble, bifocal, constituida, por ejemplo, por dos lentes 183 y 184 acopladas o por una sola óptica moldeada. El diodo 181 transmisor de infrarrojos puede estar situado en el punto focal del área central, habiendo un diodo visible 182, rojo, verde, azul o amarillo, situado en el segundo punto focal. Dos conos opacos separan los rayos visible e invisible.

De acuerdo con esta alternativa, el rayo visible en la salida de la óptica es anular y, al final del radio de alcance del control, el rayo se convierte en una traza compacta. De acuerdo con el invento, el automóvil sigue el centro del rayo de radiación infrarroja modulado, es decir, el centro del anillo visible. La simple adición del diodo visible y de su óptica complementaria, optimiza la economía sin degradar la precisión de la conducción. De acuerdo con el invento, en este caso el diodo visible es activado por una corriente continua.

Una última realización ilustrativa representada en la figura 19 y en la figura 20, se refiere a la realización de un control de poca precisión, simplificado y económico. En esta realización, el vehículo no sigue una traza proyectada sobre el suelo, sino la fuente de un rayo que se difunde hacia el suelo de acuerdo con un amplio campo.

La fuente está constituida, por ejemplo, por un simple diodo de infrarrojos encapsulado, que difunde luz infrarroja hacia el suelo de acuerdo con un cono de +/- 30º. La radiación infrarroja se modula de acuerdo con uno de los procedimientos descritos en lo que antecede. De acuerdo con la configuración, puede estar integrado en un llavero, un cinturón, una pulsera, etc.

De acuerdo con esta alternativa, los receptores del vehículo están situados en las 4 esquinas o en el techo y, por tanto, apuntan hacia arriba en 4 direcciones centrífugas, como se ve en la figura 20.

La figura 19 ilustra dos posiciones 191 y 192 del diodo de control transmisor, en la parte superior del vehículo 193, que incluye dos diodos receptores o dos receptores de control remoto por infrarrojos, 194 y 195, que apuntan hacia arriba.

El nivel recibido en cada receptor viene determinado por el producto de la difusión del transmisor y del receptor, se mide geométricamente en la gráfica de difusión, se multiplica por la inversa de la distancia entre el transmisor y el receptor al cuadrado.

Para

el par 191, 194, k=0,5x1/R1^{2}

Para

el par 191, 195, k=0,5x1/R1^{2}

Para

el par 192, 194, k=1x0,5/R2^{2}

Para

el par 192, 195, k=1x0,5/R2^{2}

A la vista de los anteriores elementos de la descripción, la posición del transmisor en 191 inicia la recepción del nivel superior en los receptores delanteros, 194 por ejemplo, lo que pone en marcha el vehículo hacia delante.

De la misma forma, la posición 192 inicia un nivel de recepción equivalente en los receptores delanteros y traseros, 194 y 195, por lo que el vehículo se detiene.

De acuerdo con el mismo automatismo previamente descrito, esta geometría organiza el seguimiento del transmisor, poniéndose el vehículo debajo, por sí mismo, en la posición en la que se equilibran los niveles de radiación recibidos por los diversos receptores.

Los receptores son, de preferencia, receptores de control remoto integrados y el transmisor es un diodo de infrarrojos sin óptica de colimación, con un campo de difusión más o menos amplio. El diodo puede ser controlado por una corriente, como se ilustra en la figura 12. El juguete puede ser, por ejemplo, un animal que siga permanentemente al niño que lleve un transmisor del tipo de llavero en el cinturón, comportándose el control remoto como un conductor virtual.

Con referencia a la figura 21, el controlador también puede estar configurado de tal forma que el usuario pueda elegir el tipo de control deseado para el vehículo. En una realización ilustrativa, el controlador puede estar configurado para controlar el vehículo en un modo de infrarrojos. El usuario puede decidir, entonces, si se crea una traza de luz visible para facilitarle la identificación de la traza de radiación infrarroja. La selección de si se crea o no la traza de luz visible, puede determinarse mediante una presión aplicada por el usuario sobre el mando de control. La selección también puede llevarse a cabo merced a la actuación de pulsadores separados del mando de control. La traza de luz visible puede configurarse de tal manera que, a corta distancia, 200, la traza visible tenga un tamaño aproximadamente similar al de la traza de radiación infrarroja. A distancias mayores, 210, la traza de luz visible puede configurarse como un anillo, encontrándose la traza infrarroja situada en el centro del anillo.

Haciendo referencia a la figura 22, en ella se ilustra un vehículo que recibe información a través de los perceptores situados en la parte superior del mismo. Los perceptores pueden estar configurados para recibir información de áreas 220 definidas. Como se ha ilustrado, los perceptores pueden estar posicionados para recibir señales en las esquinas de los vehículos. Son posibles, asimismo, otras configuraciones.

El campo de aplicación del invento puede extenderse a cualquiera de las combinaciones de los elementos descritos, sin limitación alguna.

Claims (12)

1. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto:

en el que dicho mando de control remoto comprende una fuente de luz (13) que emite un rayo luminoso en dirección al suelo,

en el que dicha luz es modulada a una frecuencia muy superior a la frecuencia de modulación de la luz doméstica,

en el que dicha luz genera una traza estrecha sobre el suelo

y, por lo cual, dicha luz es inofensiva para los ojos del usuario,

cuyo ingenio comprende, al menos, dos perceptores optoelectrónicos (56, 57) dispuestos en dos lados opuestos del frontal del citado ingenio, estando orientado su campo de recepción en dirección al suelo y que alimentan una señal de control sustancialmente proporcional a la intensidad del flujo de dicha luz modulada que se recibe en su mencionado campo de recepción;

cuyo ingenio comprende, al menos, un motor eléctrico (54, 55) que recibe dicha señal de control y activa el citado motor a una velocidad sustancialmente proporcional,

en el que

-

la diferencia entre el nivel de las señales de control alimentadas por los dos perceptores optoelectrónicos controla el giro del ingenio en la dirección del perceptor que entrega la señal de control más potente y

-

la suma de las señales de control alimentadas por los perceptores optoelectrónicos controla el accionamiento en marcha adelante del motor,

de tal modo que dicho ingenio persigue dicha traza sobre el suelo, y la alcanza.

2. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto según la reivindicación 1, que comprende dos motores (54, 55) dispuestos a ambos lados del ingenio, controlando el izquierdo el lado izquierdo, controlando el derecho el lado derecho, y dos perceptores optoelectrónicos, controlando el izquierdo el motor derecho en marcha hacia delante y controlando el derecho el motor izquierdo en marcha hacia delante.

3. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto según la reivindicación 1, que comprende cuatro ruedas y un motor (54) que propulsa una rueda, girando libremente la rueda opuesta, y cuyas otras dos ruedas pueden pivotar a la vez bajo el efecto de un sistema de dirección controlado por la diferencia entre las señales de control, de tal forma que las ruedas directrices pivoten hacia el lado del perceptor optoelectrónico (56, 57) que alimenta la señal de control más potente, y en el que dicho motor (54) es controlado en función de la suma de las señales de control de los perceptores optoelecrónicos.

4. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto según la reivindicación 2, que comprende, además, dos perceptores optoelectrónicos (910, 911) dispuestos a ambos lados opuestos de la trasera del ingenio, y merced a lo cual cada perceptor controla el accionamiento en marcha atrás del motor del mismo lado.

5. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto según la reivindicación 2, que comprende un perceptor optoelectrónico (910, 911) dispuesto en la parte trasera del ingenio y que controla el accionamiento en marcha atrás de los dos motores.

6. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dichos motores son controlados proporcionalmente sin pérdida de carga por medio de un dispositivo de tratamiento electrónico que alimenta impulsos de control cuya anchura es sustancialmente proporcional a la intensidad del flujo recibido por los perceptores optoelectrónicos (56, 57).

7. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto según la reivindicación 6, en el que el mando de control remoto genera impulsos luminosos de frecuencia determinada y en el que el dispositivo de tratamiento electrónico amplifica y filtra la señal electrónica a dicha frecuencia y compara la señal con un voltaje de referencia y entrega impulsos de anchura variable.

8. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto según la reivindicación 6, en el que el mando de control remoto genera impulsos luminosos de frecuencia determinada, cuya amplitud varía a una frecuencia inferior y en el que el dispositivo de tratamiento amplifica y filtra la señal optoelectrónica a dicha frecuencia determinada, la rectifica, después la compara con un voltaje de referencia y entrega dichos impulsos de anchura variable.

9. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto según la reivindicación 1, en el que el mando de control remoto genera un rayo modulado de luz infrarroja para controlar dicho ingenio, y un rayo coaxial de luz visible para indicar la posición de la traza.

10. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto según las reivindicaciones 1 a 5, en el que el mando de control remoto comprende una fuente de luz constituida por una lente (12) que colima un diodo fotoemisor de pequeña potencia o un diodo láser de pequeña potencia.

11. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto según las reivindicaciones 1 a 5, en el que el mando de control remoto comprende un dispositivo de conmutación (17) sensible a su orientación y que interrumpe la emisión de la luz modulada cuando el mando no está dirigido hacia el suelo.

12. Ingenio motorizado asociado a un mando de control remoto según las reivindicaciones 1 a 5, en el que el ingenio comprende, al menos, un motor eléctrico provisto de un árbol revestido con un manguito (115) que se aplica para rodar contra la rueda (112) y la arrastra.