ES2391970B1 - Sensor de posición en triangulación magnética. - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un sensor de posición basado en triangulación magnética, aplicable a la determinación de la posición relativa de un objeto o de una parte del cuerpo humano, en particular oculta o no visible total o parcialmente, con respecto al objeto o cuerpo que la oculta, y se basa en un conjunto formado por uno o varios imanes (1) que se fijan en la parte a analizar, (5) pie, cabeza, mano, tronco, o cualquier objeto y preferentemente tres o más sensores de campo magnético (2), que se sitúan en un soporte (3) que se fija en el objeto de modo que al situarlo dentro del espacio de influencia del campo magnético (8) del imán (1), van a generar una señal proporcional al campo magnético presente en esa zona, de modo que para cada posición relativa del imán (1) respecto al soporte de los sensores (3), los sensores (2) van a generar una señal característica correspondiente a esa posición de modo que mediante el algoritmo matemático adecuado, es posible establecer una relación entre la posición relativa del imán (1) respecto al soporte de los sensores (3) y, con ello, la posición relativa del objeto o parte del cuerpo (5 ó 10) con respecto a otro objeto (4 ó 9).

Description

SENSOR DE POSICiÓN BASADO EN TRIANGULACiÓN MAGNETICA
5
OBJETO DE LA INVENCiÓN
10
La presente memoria descriptiva se refiere a una Patente de Invención relativa a un sensor de posición basado en triangulación magnética, cuya finalidad es determinar la posición relativa de un objeto, o de una parte del cuerpo humano, o de un animal, en particular ocultas o no visibles total o parcialmente, mediante la detección con sensores del campo magnético generado por un imán o conjunto de imanes que se sujetan al objeto, de tal forma que las líneas de campo magnético atraviesan el material o materiales que ocultan al objeto e impiden conocer su posición relativa respecto a un punto dado.
J5
CAMPO DE LA INVENCiÓN
20 25
Esta invención tiene su aplicación en aquellos casos en los que se necesite conocer la posición relativa de una parte del cuerpo humano cuando se encuentra dentro de otro objeto o cubierta por otro material, de forma parcial o total, que impide conocer su posición relativa, particularmente dentro del sector de investigación para la fabricación de calzado, cascos, guantes, prendas de vestir en general, siendo también aplicable a fines médicos o deportivos; también es aplicable para la determinación de la posición relativa de objetos cualesquiera que permanecen ocultos o cubiertos, total o parcialmente por otro material así como para conocer la posición relativa de una parte del cuerpo de un animal. ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN
30
En la actualidad, la determinación de la posición de un objeto o de una parte del cuerpo humano cuando está cubierta por otro objeto, como un zapato, guante, casco, etc., sólo es posible mediante el empleo de técnicas de rayos X ylo resonancia magnética.
35 40
Estas técnicas, si bien pueden ser útiles en determinadas circunstancias, presentan una serie de inconvenientes propios ya que son susceptibles de uso bajo condiciones muy determinadas, presentando además un costo elevado. A parte de los conocidos inconvenientes derivados de la radiación y la necesidad de trabajar en entornos muy controlados, las técnicas de rayos X y resonancia magnética se materializan en aparatos de gran tamaño y disponibilidad limitada por lo que difícilmente permiten captar el régimen dinámico. Más aún, en aquellos casos especificos en que esto es posible, existe una gran dificultad para ello y, en ningún caso, el seguimiento puede ser por un
tiempo relativamente analizado.
largo o en condiciones de cotidianeidad para la persona u objeto
5 10
El desarrollo de objetos de uso cotidiano, como calzados, cascos, guantes, etc. avanza en la línea de proporcionar la mayor ergonomía posible, para lo cual resulta imprescindible analizar el comportamiento de la parte del cuerpo humano dentro de dicho objeto. Este comportamiento es dinámico, la variación de posiciones es constante, por lo que el objeto que en una posición puede ser cómodo, puede no serlo en una posición diferente. Sin embargo, las técnicas de rayos X y resonancia magnética no permiten realizar un seguimiento adecuado del régimen dinámico.
15
Es principalmente por la necesidad de obtener un dispositivo que nos ayude a conocer la posición relativa de una parte del cuerpo: pie, mano, cabeza, .. con respecto al elemento que la cubre o sobre el que se apoya: guante casco, zapato, vestido, silla de montar, etc., por lo que se ha desarrollado el presente sensor de posición, que no solo es aplicable a la detección de la posición de una parte del cuerpo dentro de un objeto que lo oculta total o parcialmente, sino que permite la detección de la posición relativa de cualquier objeto respecto a otro, induso en zonas ocultas, y obviamente también en las visibles.
20 2S
La necesidad antes descrita se manifiesta de forma evidente en el caso de la industria del calzado, toda vez que la determinación de la posición del pie en movimiento dentro del zapato permitirá un diseño idóneo del calzado adaptado a las necesidades del pie; pero es igualmente una técnica muy importante en otros campos, como el diseño de cascos de protección, en particular en el caso del comportamiento para el uso por motoristas o esquiadores, y determinar la efectividad del casco en accidentes; igualmente el uso en animales, con los que al no ser posible la comunicación permite analizar multitud de aspectos, como el efecto de las sillas de montar en un caballo, o el impacto de la pisada en sus articulaciones.
30 35
Existen diferentes sensores de posición descritos por numerosas patentes, entre ellos algunos sensores de campo magnético, pero el solicitante no tiene conocimiento de la existencia de patentes relacionadas con sistemas, máquinas o dispositivos, que permitan la detección o comprobación de la posición relativa de un objeto, o parte de éste, oculto, mediante el uso de sensores de campo magnético, a excepción de las técnicas citadas de resonancia magnética y rayos X, y no conoce ningún sistema o dispositivo que permita el seguimiento o control dinámico de la posición del objeto.
40
Las señales proporcionadas por los sensores de campo magnético van a depender de la posición relativa de los sensores entre sí, de su sensibilidad y también de la forma física del imán así como de las caracteristicas intrínsecas del mismo tales como la composición
Química del imán y de la potencia magnética Que este pueda proporcionar, siendo
especialmente complejo establecer una relación unívoca entre la posición relativa imán
sensores y la huella magnética. En todas las patentes analizadas no se describe la
linealización mediante el uso de una labia de correspondencia entre las señales eléctricas
5
proporcionales al campo magnético y la posición relativa del imán o imanes respecto a los
sensores. Esto también representa una importante novedad que aporta la presente invención,
al establecerse una relación de correspondencia univoca entre la huella magnética captada por
los sensores y la posición del imán, es decir, que para cada posición corresponde una huella
magnética definida por las señales de 105 sensores de campo magnético.
\O
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN
El sensor de posición basado en triangulación magnética que la presente invención
propone, aplicable a la determinación de la posición relativa de un objeto o parte del cuerpo
15
humano o de un animal , respecto a otro objeto que lo oculta total o parcialmente, o de un
objeto cualquiera respecto a otro que lo oculta total o parcialmente, se basa en un conjunto
formado por uno o varios imanes (1) que se fijan en la parte a analizar, (5) pie, cabeza (10),
mano, tronco, o cualquier objeto, y preferentemente tres o más sensores de campo magnético
(2), que se sitúan en un soporte (3) que se fija en el objeto (4) de modo que al situarlo dentro
20
del espacio de influencia del campo magnético (8) del imán (1), van a generar una señal
proporcional al campo magnético (8) presente en esa zona, de modo que para cada posición
relativa del imán respecto al soporte de los sensores (3), los sensores (3) van a generar una
señal característica correspondiente a esa posición de modo que mediante el algoritmo
matemático adecuado, es posible establecer una relación entre la posición relativa del imán (1)
25
respecto al soporte de los sensores (3)
Los sensores de campo magnético (2) pueden estar situados en un mismo plano (H1A,
H1 B, H1C o en diferentes planos (H2A, H2B, H2C),
30
El sensor de posición consta por tanto de los siguientes elementos:
-Imán (1) fabricado con cualquiera de las tecnologías habituales. se sitúa en la zona o
punto del que se quiere conocer la posición. Puede constar de uno o varios imanes.
-Sensores de campo magnético (2), proporcionan una señal eléctrica proporcional al
35
campo magnético (8) presente en la zona donde están situados. Pueden ser de diferentes
tecnologías y preferentemente debe haber 3 o más sensores, pero el número es variable y en
casos determinados puede ser suficiente con uno.
-Soporte de sensores magnéticos (3), en el que se sitúan los sensores (2) a distancias
determinadas
40
-Control electrónico (6), que se encarga de realizar la gestión de las señales
proporcionadas por los sensores de campo magnético, acondicionado, filtrado, conversión NO, proporcionando las señales en el formato adecuado a la unidad de procesado (7) -Unidad de procesado (7), constituida por un conjunto de circuitos electrónicos, que procesa las señales del control electrónico y proporciona una señal que es la posición del imán
(1 ) con respecto al soporte de sensores (2).
La fijación del imán o imanes (1) a la parte del cuerpo (5) o al objeto del que se quiere conocer la posición relativa puede realizarse por cualquier técnica, y ya sea directamente al objeto (5), o por medio de fundas dotadas de los correspondientes imanes (1), siempre que se impida el desplazamiento del imán (1) respecto al objeto (5) y se asegure la solidaridad del movimiento de ambos.
El desplazamiento de la parte del cuerpo o del objeto (5), produce el desplazamiento del imán o imanes (1), con relación al objeto Que lo oculta (4), y a los sensores de campo magnético (2) dispuestos en el mismo, de modo Que el desplazamiento del imán o imanes (1) altera el campo magnético (8), y las alteraciones del mismo, con respecto a la posición inicial , son captadas por los sensores (2), lo que permite conocer la posición relativa del objeto o parte del cuerpo (5) con respecto al objeto Que lo oculta (4) y en un entorno dinámico es decir se puede conocer la posición relativa en movimiento.
La unidad de control (6) gestiona la señal recibida de los sensores (2), y la unidad de procesado (7) procesa esa señal y la información de la posición del imán (1) con respecto al soporte de los sensores (3) y traduce dicha posición permitiendo visualizar gráficamente la posición del objeto oculto (5) respecto al objeto o cuerpo que lo oculta (4).
Las señales entres los sensores (2) y la unidad de control (6) y entre ésta y la unidad de procesado (7) se transmiten por cualquier medio conocido, alámbrico o inalámbrico.
Para determinar la posición a partir de las señales eléctricas proporcionadas por los sensores de campo magnético previamente se establece una correspondencia entre cada posición del imán respecto a los detectores de campo magnético en el volumen útil de trabajo del sensor. Para esto se realiza una tabla de correspondencia entre la posición del imán y el valor de la señal eléctrica de los sensores de campo magnético en cada posición. De modo que partiendo de las señales eléctricas proporcionadas por los detectores o sensores de campo magnético, es posible determinar con exactitud la posición correspondiente.
DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS
Para una mayor comprensión del objeto reivindicado se procede a la representación
del mismo a través de 4 juegos de planos en los que con carácter ilustrativo. y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
S
En la Figura número 1 se observa una vista esquemática del conjunto del imán (1) Y sensor de posición, con la distribución de los sensores de campo magnético (2) H1A . H1B, H1C en el mismo plano y tos sensores H2A, H2B, H2C en planos diferentes
10
En la Figura numero 2 se observa una vista esquemática del imán (1) y los sensores (2) en el soporte de sensores (3), así como una representación esquemática de las lineas de campo magnético (8), que atraviesan los sensores.
15
En la Figura número 3 se representa un diagrama de bloques que muestra los sensores (2) con el soporte de sensores (3), el control electrónico (6) y la unidad de cálculo y procesado de señales (7)
20
En la Figura número 4 se representa esquemáticamente un modo de realización preferente de la invención, en la que se determina la posición de una zona o punto de un pié (5) dentro de un zapato (4) los sensores (2) el soporte de sensores (3), fijados al zapato (4) y el imán (1) fijado a la parte (5) de la que se quiere ver la posición relativa respecto al objeto (4) REALIZACiÓN PREFERENTE DE LA INVENCiÓN
EJEMPLO 1
25
De acuerdo con la Figura número 4, en un modo de realización preferente de la invención, se pretende conocer la posición y movimiento de una zona o punto de un pie (5) dentro de un zapato (4).
30
Para ello, se procede a fijar por un lado el soporte de sensores (3), dotado de seis sensores de campo magnético (2) tres en el mismo plano y tres en diferente plano, a un zapato (4) y por otro el imán (1) se fija al pie (5) del que se quiere conocer la posición relativa respecto al objeto (4) zapato.
35
El imán (1) se sitúa mediante fijación con un adhesivo en el pie (5) sirviendo cualquier otra técnica, como un calcetín dotado del imán (1) que impida el desplazamiento del imán (1) con respecto al pie (5) ; el soporte de sensores (3) se coloca en la zona de influencia del imán (1), y el control electrónico (6) de la figura 3 proporciona las señales eléctricas necesarias para que la unidad de procesado (7) nos dé la posición relativa del sensor o sensores (2), respecto al imán (1).
Una vez situado el soporte (3) de sensores dentro del espacio de influencia del campo magnético (8) del imán (1), van a generar una señal proporcional al campo magnético
(8) presente en esa zona, de modo que para cada posición relativa del imán respecto al soporte de los sensores (3), los sensores (3) van a generar una señal característica correspondiente a esa posición, y mediante un algoritmo matemático basado en una tabla de correspondencia entre la señal magnetica proporcionada por los sensores y la posición real del soporte, es posible establecer una relación entre la posición relativa del imán (1) respecto al soporte de los sensores (3)
Los sensores (2) transmiten la información a la unidad de control (6) por medios inalámbricos, y de ésta a la unidad de procesado (7) de forma también inalámbrica
La unidad de procesado (7) traduce la posición relativa del imán (1) con respecto al soporte de los sensores (3) permitiendo visualizar la posición del pie (5) respecto al zapato (4)
Este seguimiento se hace de modo continuado por el tiempo previamente designado, ya sea en laboratorio, usando una cinta de correr, en cuyo caso no son necesarios medios de transmisión inalámbricos de las señales, o en campo abierto, merced al uso de tecnología inalámbrica.
Esto permite generar información sobre la posición del pie (5) respecto al zapato (4) en un ambiente dinámico, es decir estando el pie (5) en movimiento, de forma que se conoce la posición relativa del pie (5) respecto al zapato (4) en muy diversas condiciones y posiciones del pie, lo que constituye información muy valiosa para desarrollar zapatos que se adapten perfectamente al pie, en función de las circunstancias concretas, o que permitan el mejor aprovechamiento del calzado, ya sea con fines ergonómicos, o médicos, diseñándose calzados correctores o terapéuticos, o deportivos, mediante el diseño de calzados adaptados a cada actividad, o cualesquiera otros.
EJEMPLO 2
Otro modo de realización preferente de la presente invención, consiste en la detección de la posición y movimiento de la cabeza con respecto a un casco.
Para ello, se procede a fijar por un lado el soporte de sensores (3), dotado de los correspondientes sensores de campo magnético (2) a un casco (9) y por otro el imán (1) se fija a la cabeza (10) de la que se quiere conocer la posición relativa respecto al casco (4).
El imán (1) se sitúa mediante fijación con un adhesivo en la cabeza (10); el soporte de sensores (3) se coloca en la zona de influencia del imán (1), y el control electrónico (4) proporciona las señales eléctricas necesarias para que la unidad de procesado (5) nos dé la posición relativa del sensor o sensores (2), respecto al imán (1).
Una vez situado el soporte (3) de sensores dentro del espacio de influencia del campo magnético (8) del imán (1), van a generar una señal proporcional al campo magnético
(8) presente en esa zona, de modo que para cada posición relativa del imán respecto al soporte de los sensores (3), los sensores (3) van a generar una señal característica correspondiente a esa posición, y mediante el algoritmo matemático adecuado, es posible establecer una relación entre la posición relativa del imán (1) respecto al soporte de los sensores (3)
Los sensores (2) transmiten la información a la unidad de control (6) por medios inalámbricos, y de ésta a la unidad de procesado (7) de forma también inalámbrica
La unidad de procesado (7) traduce la posición relativa del imán (1) con respecto al soporte de los sensores (3) permitiendo visualizar la posición de la cabeza (10) respecto al casco (9).
Este seguimiento se hace de modo continuado en un circuito, merced al uso de tecnologia inalámbrica.
Esto permite generar información sobre la posición de la cabeza (10) respecto al casco
(9) en un ambiente dinámico, es decir estando un conductor sobre un vehículo en movimiento, y por tanto produciéndose un desplazamiento de la cabeza (9) con respecto al casco (10), lo que permite conocer la posición relativa de la cabeza (9) respecto al casco (10) en muy diversas condiciones de conducción (acelerando, frenando, en curva, etc.), lo que constituye información muy valiosa para desarrollar cascos que proporcionen una mayor seguridad al conductor.
Igualmente se puede analizar la información en bancos de pruebas, simulando accidentes para determinar el efecto del impacto y el comportamiento del casco.
Con el sensor de posición que la invención propone, podemos comparar diversos tipos de calzado, guantes, cascos, sillas de montar, raquetas, y en general la posición relativa de cualquier objeto oculto o no visible con respecto al objeto o cuerpo que lo oculta, , como por ejemplo: guante/mano, cabeza/casco, escayola/brazo, observando con los resultados obtenidos la interacción real del objeto.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    l . Sensor de posición basado en triangulación magnética aplicable a la determinación de la posición relativa de un objeto o de una parte del cuerpo humano o animal, en particular oculta o no visible, total o parcialmente, con respecto al objeto o cuerpo que la oculta, mediante la detección con sensores del campo magnético generado por un imán o conjunto de imanes que se sujetan al objeto, caracterizado porque consiste en un dispositivo que consta de uno o más imanes (1); de al menos tres o más sensores
    (2) de campo magnético; de un soporte de sensores (3); de una unidad de control electrónico (6) y de una unidad de procesado (7), y que mide el nivel de campo magnético (8) en cada sensor (2) con medios electrónicos mediante una tabla de valores en la que se establece una correspondencia univoca entre las señales de campo magnético y la posición del imán se determina la posición relativa del imán (1) situado en el objeto o parte (5) respecto al objeto (4) en el que se ha situado el soporte de los sensores (3), quedando definida cada posición por la huella magnética asociada, partiendo de la tabla de correspondencia entre las señales magnéticas detectadas por los sensores de campo magnético y la posición relativa del imán respecto a la posición de los sensores para la determinación de la posición mediante la unidad de procesado de señales(7),
  2. 2.-Sensor de posición basado en triangulación magnética, según la primera reivindicación, caracterizado porque el imán o imanes (1) se fijan al objeto (5) cuya posición relativa con respecto a otro objeto (4) se quiere conocer, de forma solidaria por medio de fijado que asegure la solidaridad de los movimientos del imán (1) Y del objeto (5).
  3. 3.-Sensor de posición basado en triangulación magnética , según la primera reivindicación, caracterizado porque la unidad de control electrónico (6) realiza la gestión de las señales proporcionadas por los sensores de campo magnético (2), el acondicionado, filtrado, conversión analogico digital, proporcionando las señales en formato digital a la unidad de procesado (7) que está dotada de medios de transmisión de los datos captados siendo estos cables o sistemas o dispositivos de transmisión de señales inalámbricos, bien por radiofrecuencia o mediante sistemas optoelectrónicos.
  4. 4.-Sensor de posición basado en triangulación magnética, según la primera reivindicación, caracterizado porque la unidad de procesado (7) consta de un conjunto de circuitos electrónicos, que procesa las señales del control electrónico, y proporciona una señal que es la posición del imán (1) con respecto al soporte de sensores (3) Y traduce dicha posición permitiendo visualizar gráficamente la posición del objeto oculto (5) o (1 O) respecto al objeto o cuerpo opaco que lo oculta (4) o (9).
  5. 5.· Sensor de posición basado en triangulaci6n magnética, según la primera
    5 reivindicación, caracterizado porque el sensor o senSOfes de campo magnético (2) pueden ser uniaxiales o multiaxiales teniendo sensibilidad a campos magnéticos en una dirección o múltiples direcciones y están basados tecnología electromagnética magnetoresistiva.
    JO
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