MXPA01012232A - Sistema y metodo de programacion de control. - Google Patents

Sistema y metodo de programacion de control.

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MXPA01012232A
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John B Morrell
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Abstract

Un dispositivo y un metodo para controlar el dispositivo de modo que el dispositivo opere una manera mas uniforme. El sistema puede cambiar entre arquitecturas de control o hacer ganar los coeficientes de ganancia utilizados en un circuito de control para controlar el dispositivo. Cuando la arquitectura o las ganancias son cambiadas, la senal de control puede ser filtrada o aplanada de modo que el dispositivo no experimente un cambio abrupto en la senal de control que recibe. En una modalidad, la senal de control puede ser filtrada sumando un valor de compensacion decreciente a la senal de control para crear una senal de control filtrada o aplanada que es aplicada al dispositivo.

Description

SISTEMA Y MÉTODO DE PROGRAMACIÓN DE CONTROL Antecedentes 1. Campo de la Invención La presente invención se relaciona con el campo de programación de control, y de manera más particular con el campo de cambio uniforme entre los diferentes modos de control . 2. Discusión de la Técnica Relacionada Los dispositivos de transporte humano sirven para mover una persona sobre una superficie y pueden tomar muchas formas diferentes. Por ejemplo, el dispositivo de transporte humano, de acuerdo al término utilizado aquí, puede incluir, pero sin limitarse, sillas de ruedas, carros motorizados, bicicletas, motocicletas, coches, aerodeslizadores y similares. Algunos tipos de transporte humanos pueden incluir mecanismos de estabilización para ayudar a asegurar que el dispositivo no caiga sobre y dañe al usuario del dispositivo de transporte. Una silla de ruedas de cuatro ruedas típica entra en contacto con el suelo con las cuatro ruedas. Si el centro de gravedad de la combinación de la silla de ruedas y el usuario permanece sobre el área entre las ruedas, la silla de ruedas no deberá volcarse. Si el centro de gravedad se nuriir i .i,, i i j^Mü localiza por encima y fuera de los miembros en contacto con el suelo del dispositivo de transporte, el dispositivo de transporte puede volverse inestable y volcarse. Refiriéndose ahora a la Figura ÍA, en ella se muestran una silla de ruedas típica 100. La silla de ruedas 100 y el usuario 102 definen un sistema. El sistema tiene un centro de gravedad 104 localizado en una posición colocada verticalmente por encima de la superficie 106. El término superficie" como se utiliza aquí se referirá a cualquier superficie sobre la cual pueda colocarse un dispositivo de transporte humano. Los ejemplos de una superficie incluyen un suelo plano, un plano inclinado tal como una rampa, en una calle recubierta con grava, y pueden incluir un bordillo que conecte verticalmente dos superficies ''sustancialmente paralelas desplazado verticalmente de una a otra (por ejemplo, un bordillo o acera de la calle) . La superficie 106 puede estar inclinada en comparación con el eje horizontal 108. El ángulo en el cual la superficie 106 está desplazada del eje horizontal 108 será referido aquí como inclinación superficial y será representado por un ángulo denotado como ?3. La rueda delantera 112 y la rueda trasera Í10 de la silla de ruedas 100 están separadas por una distancia. La distancia de entre las dos ruedas puede ser medida como una distancia lineal (por ejemplo, en línea recta) . Si el centro de gravedad 104 del sistema se localiza en una posición por encima de y entre las dos ruedas, 110 y 112, la silla de ruedas 100 deberá permanecer vertical y relativamente estable. Las ruedas 110 y 112 típicamente tienen contrapartes opuestas (no mostradas) sobre el otro lado de la silla de ruedas. Las contrapartes opuestas puede compartir cada una un eje con las ruedas 110 y 112, respectivamente. El área cubierta en el polígono que conecta los puntos donde esas cuatro ruedas tocan el suelo (o las porciones externas de las partes en contacto con el suelo cuando las partes en contacto con el suelo pueden cubrir más de un punto) proporciona una área sobre la cual puede localizarse el centro de gravedad 104, mientras la silla de ruedas permanece estable. En varios lugares en esta discusión más adelante está área será referida en el muelle del dispositivo. La huella de un dispositivo, de acuerdo al término utilizado aquí, es definida por la proyección del área entre las ruedas proyectadas sobre el plano horizontal. Si el centro de gravedad se encuentra por encima de esta lugar, el dispositivo de transporte deberá permanecer estable. Si el centro de gravedad 14 se encuentra desplazado verticalmente por encima de la superficie 106 y fuera de la huella (es decir, la proyección del área entre las ruedas 110 y 112 sobre el plano horizontal) la estabilidad de la silla de ruedas 100 puede disminuir y la silla de ruedas 100 puede volcarse. Esto podría suceder, por ejemplo, cuando la silla de ruedas se encuentra sobre una superficie que tiene una pendiente. Cuando se encuentra sobre una pendiente, el centro de gravedad 104 puede desviarse hacia atrás mientras la silla de ruedas 100 oscile hacia atrás. Esto se muestra en la Figura IB donde el centro de gravedad 104 se localiza en una posición que está fuera de la huella de la silla de ruedas 100. El centro de gravedad 104 se muestra incluyendo un vector de aceleración de la gravedad (g) que traslada linealmente el centro de gravedad 104 en una dirección hacia abajo. La silla de ruedas 100 puede girar alrededor de un eje de la rueda trasera 110 hasta que la silla' de ruedas 100 entra en contacto con la superficie que está siendo atravesada. El usuario 102 puede ayudar a regresar el centro de gravedad 104 a un lugar que se encuentra por encima del área entre las ruedas 110 y 112 inclinándose hacia adelante en la silla de ruedas 100. Dado este control limitado de localización del centro de gravedad 104, está claro que los dispositivos de transporte humano, tales como las áillas de ruedas pueden encontrar grandes dificultades cuando se desplace sobre superficie no uniformes tales como la acera o escalones. Otros tipos de transporte humano pueden incluir mecanismos de control que permitan que el dispositivo de ¿ ^é transporte se equilibre o balancee sobre dos ruedas. Las dos ruedas pueden estar conectadas a un solo eje 3 que pasa a través del centro de las ruedas. El eje conecta las ruedas de tal manera que el movimiento hacia delante y hacia atrás del dispositivo perpendicular al eje. El mecanismo de control puede mantener al dispositivo y al usuario en una posición recta estable dirigiendo las ruedas hacia delante y hacia atrás para conservar el centro del gravedad localizado encima del eje de la rueda. Tales dispositivos pueden adicionalmente proporcionar locomoción, permitiendo que el centro de gravedad que se desplace una distancia hacia delante o hacia atrás del eje de la rueda y haciendo que las ruedas giren para conservar el centro de gravedad localizado en esa posición. Los ejemplos de tales dispositivos se describen en las Patentes Estadounidenses Nos. 5,701,965 y 5,719,425 las cuales se incorporan aquí como referencia.
Breve Descripción de la Invención De acuerdo a una modalidad de la presente invención, se describe un sistema para convertir entre un primer modo de operación y un segundo modo de operación. En esta modalidad, el sistema incluye un circuito de contorno el cual utiliza coeficientes de ganancia asociados con el primer modo de operación para controlar el sistema en el primer miembro de operación y utiliza coeficientes de ganancia asociados con el segundo modo de operación cuando se opera en el segundo modo de operación. En esta modalidad, el sistema también incluye un selector de ganancia el cual hace que el circuito de control opere utilizando los coeficientes asociados con el segundo modo de operación sustancialmente al mismo momento que el dispositivo transita del primer modo de operación al segundo modo de operación. De acuerdo a otra modalidad de la presente invención se describe un método de operación uniforme de un dispositivo que responde a una señal de control. En esta modalidad, el método incluye los pasos de determinar un valor para la señal de control, procesar la señal de control para crear una señal de control y modificarla, y aplicar la señal de control modificada al dispositivo. En otra modalidad de la presente invención, se describe un método de cambio uniforme entre modos en un aparato multimodular. En esta modalidad el método incluye los pasos de determinar si ha ocurrido un cambio de modo, y determinar un valor de compensación si el modo ha cambiado. En esta modalidad, el método también incluye los pasos de agregar una versión de decaimiento del valor de compensación a una señal de control antes de que la señal de control sea aplicada al aparato para crear una señal de control filtrada al aparato.
Breve Descripción de los Dibujos Las Figuras ÍA y IB ilustran un ejemplo de una silla de ruedas de la técnica anterior. Las Figuras 2A-2F ilustran varias modalidades de un 5 dispositivo de transporte humano. La Figura 3 ilustra otra modalidad del dispositivo de transporte humano. La Figura 4 ilustra una versión simplificada del dispositivo de transporte mostrado en la Figura 2A. 10 Las Figuras 5A y 5B ilustran la orientación relativa de una unidad de tracción de un dispositivo de transporte humano que opera en un modo escalonado. La Figura 6 ilustra un diagrama de bloques de posibles modos de operación de un dispositivo de transporte 15 humano . Las Figuras 7A-5B ilustran una vista lateral simplificada de un dispositivo de transporte. La Figura 8 ilustra un ejemplo de un circuito de control que puede ser implementado de acuerdo con los 20 aspectos de la presente invención. La Figura 9 ilustra una representación gráfica de valores ejemplares que pueden ser utilizados para cambiar modos de acuerdo a aspectos de la presente invención.
La Figura 10 ilustra un diagrama de flujo de datos de una modalidad, mediante el cual puede determinarse el valor de cambio de control. La Figura 11 ilustra, en forma de diagrama de flujo, un método para determinar cuando transferir entre varios submodos de un dispositivo de transporte. La Figura 12A ilustra un ejemplo de una unidad de control que puede ser utilizada en conjunto con la presente invención. La Figura 12B ilustra una diagrama de bloques funcional de una modalidad de la unidad de control de la Figura 12A. La Figura 13 ilustra una circuito de control el cual puede ser implementado de acuerdo a la presente invención. La Figura 14 ilustra un ejemplo de una tabla de ganancia que puede ser utilizada de acuerdo a aspectos de la presente invención. La Figura 15 ilustra une ejemplo de un sistema que puede ser implementado para filtrar una señal de control antes que sea aplicada a un dispositivo de control. La Figura 16 ilustra un diagrama de bloques de un método para filtrar una señal de control. La Figura 17A ilustra un diagrama de bloques de un circuito de control configurado para efectuar operaciones de programación de ganancia de acuerdo a aspectos de la presente invención. La Figura 17B muestra una modalidad de un sistema de control que puede transitar uniformemente entre modos. La Figura 18 ilustra una diagrama de flujo de un proceso de programación de control que puede ser implementado en un sistema de control de retroalimentación de acuerdo a los aspectos de la presente invención. La Figura 19 ilustra, en forma gráfica, varias señales que pueden existir en las Figuras 17A y 17B. La Figura 20 ilustra un ejemplo de un circuito de control para controlar la posición de las ruedas de un dispositivo de transporte. La Figura 21 ilustra un ejemplo de un circuito de control para controlar la posición de la unidad de tracción de un dispositivo de transporte. La Figura 22A ilustra un ejemplo de un circuito de control en el cual puede utilizarse un estimado' del centro de gravedad. La Figura 22B ilustra un diagrama de bloques de un sistema el cual puede crear una orientación deseada sobre la base de una estimación de la ubicación del centro de gravedad. La Figura 23 ilustra un ejemplo de un diagrama de cuerpo libre de un dispositivo de transporte. tabt¿. J-.-. *---*"*- *, ....MJMjti*.
La Figura 24 ilustra un ejemplo de un método para crear un conjunto de datos para estimar la ubicación del centro de gravedad de un dispositivo. Las Figuras 25A-25C ilustran gráficamente porciones del método de la Figura 24. La Figura 26 ilustra una representación gráfica de un conjunto de datos que puede ser utilizado para estimar la ubicación del centro de gravedad de un dispositivo de transporte.
Descripción Detallada Los aspectos de la presente invención se relacionan con varios modos de control de operación de un dispositivo de transporte humano. Cada uno de los diferentes modos permite diferentes tipos de control. En algunas modalidades algunos de los modos responden muy bien a las órdenes introducidas por el usuario, mientras que otros ignoran totalmente las órdenes introducidas por el usuario en un esfuerzo por mantener el dispositivo de transporte y finalmente, el usuario en una posición vertical y estable. La Figura 2A muestra un ejemplo de transporte 200, en el cual pueden ser implementados los aspectos de la presente invención. Nótese que los diferentes aspectos de la invención serán descritos con relación a varios dispositivos de transporte, sin embargo, las enseñanzas de la presente no tM&tM& -mbtit * se limitan a la implementación únicamente en dispositivos de transporte humano. Por ejemplo, pueden ser aplicables varios modos de control a dispositivos de transporte que no sean similares al dispositivo de transporte 200 mostrado en la Figura 2A. Además, el sistema y métodos que permiten transiciones uniformes entre varios modos pueden ser aplicables a otros dispositivos. El dispositivo de transporte 200 puede incluir una plataforma 202 adecuada para soportar a un usuario humano (no mostrado) . La plataforma 202 puede ser una plataforma similar a una silla sobre la cual se sienta un usuario, tal como el que se muestra en la Figura 2A. Sin embargo, como' se discute más adelante, la plataforma 202 no necesita ser una plataforma similar a una silla, sino que puede ser cualquier tipo de plataforma capaz de soportar a un usuario humano. Por ejemplo, la plataforma podría ser una plataforma sobre la cual permanezca un usuario. El dispositivo de transporte 200 también puede incluir un brazo 204 similar a un brazo de una silla. El brazo puede proporcionar un lugar para que el usuario se apoye o de otro modo soporte al usuario. El brazo 204 puede incluir una interfaz de usuario 206 tal como una palanca de mando que pueda recibir la entrada de órdenes de dirección del usuario. Otros tipos de interfaces de usuario podrían incluir, pero sin limitarse a, una esfera giratoria, una almohadilla sensible al tacto, una entrada sensible a la respiración, un sensor que reporte la posición unido al usuario o a un artículo de destino usado por el usuario, un sistema de reconocimiento de voz o controles pulsadores. La interfaz de usuario 206 puede enviar esas órdenes alimentadas a una unidad de control 240 del dispositivo de transporte 200 para efectuar el movimiento en una dirección deseada del dispositivo de transporte 200. La interfaz de usuario 206 también puede afectar la velocidad de movimiento. El dispositivo de transporte 200 también puede incluir miembros en contacto con el suelo 208 y 210. Como se muestra en la Figura 2A los miembros en contacto con el suelo 208 y 210 son las ruedas. Sin embargo, deberá notarse que los miembros en contacto con el suelo 208 y 210 no se limitan a las ruedas. Por ejemplo, los miembros en contacto con el suelo puede ser una roldana, un miembro rígido (por ejemplo, tal como los elementos arqueados mostrados en las Figuras 22-24 de la Patente Estadounidense No. 5,791,425), bandas de rodadura u otros mecanismos de locomoción. Los dispositivos de transporte humano que tienen esos y otros tipos de miembros en contacto con el suelo se discuten más adelante. En la modalidad que incluye las ruedas 208 y 210, las ruedas entran en contacto con la superficie y proporcionan movimiento sobre la superficie. Las ruedas 208 y 210 pueden ser accionadas por un motor (no mostrado) .
Adicionalmente, cada rueda, 208 y 210, puede ser reflejada sobre un lado opuesto del dispositivo de transporte con ruedas coaxiales (no mostradas) para proporcionar cuatro ruedas que puedan entrar en contacto con la superficie que esté siendo atravesada. Las ruedas, 208 y 210, pueden ser conectadas a un brazo móvil 212 (o unidad de tracción) . El término brazo móvil y unidad de tracción, como se utiliza aquí se referirá a un montaje al cual pueden conectarse los miembros de contacto con el suelo. Además, la unidad de tracción puede de vez en vez ser referida como todo el montaje que incluye y conecta los miembros en contacto con el suelo juntos dependiendo del contexto. La unidad de tracción 212 puede ser un miembro rígido o puede ser un miembro que puede estar doblado alrededor de varios ejes. Por ejemplo, refiriéndose ahora a la Figura 2B, donde se muestra una unidad de control 214 que tiene una primera porción 216 y una segunda porción 218, la primera porción 216 y la segunda porción 218 pueden estar conectadas de manera giratoria entre sí en un punto de giro 220. La unidad de tracción 214 puede incluir dos ruedas 222 y 224. Las dos ruedas 222 y 224 pueden entrar en contacto con la superficie en los puntos de contacto 226 y 228, respectivamente. La distancia entre el punto de contacto 226 y el punto de contacto 228 define la longitud (1) de la huella del dispositivo de transporte en esta modalidad, t?mí*Í.MÍ A"^-*-**** " «A-- » - -*» ¡a"fa..al aa-fc fattJEsirnl |flll1ff ?gj i debido a que la unidad de tracción está sobre un plano horizontal. (Por supuesto, si la unidad de tracción estuviera sobre una pendiente, la longitud de la huella sería igual la longitud de la proyección de L sobre el plano horizontal) . La longitud (1) de la huella es variable en esta modalidad debido al punto de giro 220 entre la primera porción 216 y la segunda porción 218 de la unidad de tracción 214. La longitud (1) de la huella es más larga cuando el ángulo ?c entre la primera porción 216 de la unidad de tracción 214 y el segundo punto 218 de la unidad de tracción 214 es de aproximadamente 180°. En una modalidad, la longitud de la huella de la unidad de tracción puede ser acortada de modo que el ángulo ?c entre la primera porción 216 y la segunda porción 218 de la unidad de tracción 214 se vuelva extremadamente pequeño. Un eje de tal modalidad se muestra en la Figura 2. En esta modalidad, la circunferencia de las ruedas 222 y 224 puede superponerse. Por supuesto, en esta modalidad, las ruedas 222 224 pueden estar desviadas entre sí a lo largo del eje Z, de modo que las ruedas 222 y 224 no entran en contacto entre sí o inhiban la rotación de las ruedas. Refiriéndose nuevamente a la Figura 2A, la unidad de tracción 212 puede estar unida a la plataforma 202 por un soporte de plataforma 230. El soporte de- plataforma 230 puede incluir una porción superior 232 y una porción inferior 234.
(El soporte de plataforma 230 también podría ser un miembro unitario) . En una modalidad, la porción inferior 234 y el soporte de plataforma 230 puede estar conectada de manera giratoria a la unidad de tracción 212. Para ajustar la altura H entre la unidad de tracción 214 y la base de la plataforma 202, la porción inferior 234 del soporte de plataforma 230 puede hacerse girar alrededor de un punto de giro de conexión de la unidad de tracción 236 hacia una orientación más vertical. Además, cuando la porción inferior 234 se haga girar hacia la vertical, también puede hacerse que la porción superior 232 gire alrededor del punto de giro de soporte 238 para alcanzar una altura de plataforma aún mayor. Cuando la plataforma 202 va a ser' bajada, la porción inferior 234 es llevada más cerca de la unidad de tracción 212. Además, la porción superior 232 puede ser llevada más cerca tanto de la porción inferior 234 como de la unidad de tracción 212. El dispositivo de transporte 200 también puede incluir una unidad de control 240 (o caja de conexiones electrónicas) . De manera general, la unidad de control 240 proporciona las órdenes a varios motores que pueden ser incluidos en el dispositivo de transporte 200 para operar el dispositivo de transporte 200. La unidad de control 240 puede incluir varios sensores, tales como sensores de inclinación láüMhUa-a-a.- ¿Y" — "-* ..** *~*- ?*MÁIak.*ttilt& ¡í¡ni más sensores de velocidad, sensores de aceleración, sensores que reporten la posición y similares. En una modalidad, la unidad de control 200 puede ajustar la posición de la ruedas, 208 y 210 y la orientación angular de la unidad de tracción 212, o ambas, para estabilizar el dispositivo de transporte 200. Además, la unidad de control 240 puede hacer que la unidad de tracción 202 y las ruedas 208 y 210 giren para responder a órdenes traducidas recibidas desde la interfaz de usuario 206. En una modalidad, la unidad de control 240 basada en varias entradas de los sensores, puede ajustar el ángulo de la unidad de tracción 212 con relación a la plataforma 202, de modo que un eje 242 que pasa a través de la unidad de tracción 212 y los ejes 244 y 246 de las ruedas 208 y 210, respectivamente, esté sustancialmente paralelo a la superficie que está siendo atravesada mientras que la plataforma 202 es mantenida en una posición recta. Este tipo de orientación es preferible cuando el dispositivo de operación 200 está operando en un modo estándar o mejorado. Varios modos, tales como el modo estándar o el modo mejorado serán descritos más adelante con mayor detalle. La Figura 2D muestra una modalidad" alternativa de una unidad de tracción 248 para un dispositivo de transporte humano 200. En esta modalidad, la unidad de tracción 248 incluye una primera rueda 250 que puede ser accionada por un motor (no mostrado) . Las órdenes que accionan el motor pueden , * , i .i Atiiáüz ser recibidas desde la unidad de control 240 (Figura 2A) . La unidad de tracción 248 también puede incluir una segunda rueda 252 la cual no es accionada por un motor. Por ejemplo, la segunda rueda 252 puede ser una rueda tipo roldana que está conectada fijamente a la unidad de tracción 248. Aunque las figuras anteriores han sido descritas con la dirección del desplazamiento hacia adelante yendo de izquierda hacia la derecha, deberá comprenderse que la unidad de tracción 248 de la Figura 2D puede ser orientada en cualquier dirección. Es decir, que la rueda motorizada 250 puede ser la rueda delantera o la segunda rueda 252 puede la rueda delantera. La Figura 2E muestra un ejemplo de dispositivo de transporte 200 que incluye una rueda no motorizada 254 conectada fijamente a la unidad de control 240 del dispositivo de transporte 200. En esta modalidad, la unidad de tracción unidad de tracción 212 puede hacerse girar, en un modo de operación, de modo que la rueda' trasera 208 permanezca en contacto con la superficie y la rueda delantera 210 no entra en contacto con la superficie. Suponiendo que no ocurre estabilización, la torsión debida a la rotación de la unidad de tracción 212 puede hacer que el dispositivo de tracción 240 se incline hacia delante hasta que la rueda no motorizada 254 entre en contacto con la superficie. Este modo de operación puede ser preferible cuando el dispositivo de transporte 200 esté operando sobre una superficie plana, lisa. La ventaja provine del hecho de que en esta orientación nicamente la rueda trasera 212 necesita ser accionada por un motor y de este modo, la cantidad de energía que el dispositivo de transporte 200 consume puede ser reducida. Si la unidad de tracción 212 gira de modo que ambas de las ruedas conectadas a la unidad de tracción 208 y 210 entren en contacto con la superficie, la rueda no motorizada 254 puede ser levantada de la superficie y el dispositivo de transporte puede convertirse en un dispositivo motorizado por cuatro ruedas. Un ejemplo de un dispositivo de transporte 200 en tal configuración se muestra en la Figura 2F. En la Figura 2F las ruedas 210 y 208 entran en contacto con la superficie 270. La rueda no motorizada 254 es elevada por encima de la superficie 270. En esta modalidad, la unidad de tracción 212 y la plataforma 202 están sustancialmente paralelas a la superficie 270. La discusión anterior detalla varias modalidades de un dispositivo de transporte humano 200. Deberá notarse que las ruedas 208 y 210 pueden ser ruedas motorizadas que son cada una accionadas por un motor individual. Sin embargo, las ruedas 208 y 210 pueden ambas ser accionadas por un solo motor. Además, únicamente una de las ruedas puede ser accionada por un motor. Además, el dispositivo de transporte 200 ha sido mostrado únicamente en una vista lateral. Deberá comprenderse que los elementos mostrados en la vista lateral pueden ser imágenes especulares sobre el otro lado del dispositivo de transporte 200. Por ejemplo, el dispositivo de transporte puede incluir una unidad de tracción sobre cada lado del dispositivo de transporte 200. En una modalidad las unidades de tracción 5 pueden estar ligadas estáticamente, en conjunto, de modo que se muevan como un miembro unitario. Sin embargo, está dentro del alcance de la presente invención que las unidades de tracción puedan girar o de otro modo trasladarse, de modo que cada unidad de tracción opere independientemente de la otra. 10 Deberá notarse además que la presente invención no se restringe a ser implementada en los dispositivos de transporte descritos anteriormente. Por ejemplo, porciones de o todas las enseñanzas contenidas aquí pueden ser implementadas a dispositivos de transporte tales como 15 helicópteros, aeroplanos, automóviles, vehículos para campo traviesa, bicicletas motorizadas, motocicletas y similares. Otro tipo de dispositivo de transporte en el cual pueden ser implementadas las enseñanzas de la presente invención se muestra en la Figura 3. 20 La Figura 3 muestra un dispositivo de transporte humano 300 sobre el cual puede permanecer un usuario. El dispositivo de transporte puede incluir una plataforma 302 adecuada para soportar a un usuario humano 304 en una posición erecta. En una modalidad el movimiento del 25 dispositivo 300 puede ser controlado por un humano 302 inclinándose sobre la plataforma 302 en la dirección de movimiento deseada. En esta modalidad, la plataforma 302 puede ser conectada de manera giratoria a una unidad base 306. La unidad base 306 puede incluir una unidad de control 5 308 la cual puede controlar el movimiento y, posiblemente, la estabilización del dispositivo de transporte 300. La unidad base 306 también puede incluir una unidad de tracción 310 la cual incluye miembros en contacto con el suelo tales como ruedas 312 y 314. El transporte humano también puede incluir 10 un segundo dispositivo de entrada del usuario tal como una palanca de mando 316 para recibir órdenes de movimiento deseadas del usuario. Como se muestra en la' Fi'gura 3, el dispositivo de transporte humano 300 incluye una plataforma de apoyo 302 y una palanca de mando 316. 15 De manera más específica, la plataforma '-302 o la palanca de mando 316 proporcionan entradas a la unidad de control 308 para permitir al usuario dirigir el movimiento del dispositivo de transporte 300. En respuesta a reintroducir por el usuario la unidad de control 308 puede 20 hacer que cualquiera o ambas de las ruedas (312 y 314) y la unidad de tracción 310 giren. Además, la unidad de control 308 puede ajustar, algunas veces de manera independiente lo introducido por el usuario, la posición de la unidad de tracción 310 y/o la posición de las ruedas 312 y 314 para 25 mantener el centro de gravedad 318 vertical sobre la huella del dispositivo de transporte 300. Como se muestra en la Figura 3, el centro de gravedad 318 se desplaza verticalmente sobre la unidad de tracción 310 entre el eje de esas ruedas 312 y 314. En una modalidad, la unidad de control 308 mantiene el centro de gravedad 318 por encima del punto central 320 de la unidad de tracción 310. Cuando el centro de gravedad 318 se localiza por encima del punto central 320 de la unidad de tracción 310, el dispositivo de transporte 300 puede ser muy estable. Por conveniencia, porciones de la siguiente descripción se referirán a la ubicación del centro de gravedad como es conocido. Sin embargo, la ubicación puede, en algunos casos, basarse en un estimado de la ubicación. LQS sistemas y métodos para estimar el centro de gravedad se discuten más adelante. Además, deberá notarse que aunque el centro de gravedad se discute como una cantidad de referencia, las enseñanzas de la presente no se limitan a ésta y puede ser necesario únicamente considerar otras características del servicio de transporte para estabilizar efectivamente el dispositivo de transporte. Por ejemplo, una consideración de únicamente la velocidad de inclinación (discutida más adelante) podría suplantar la necesidad de depender de un estimado de la ubicación del centro de gravedad.
La Figura 4 muestra una versión simplificada del dispositivo de transporte 200 mostrado en la Figura 2. En este ejemplo, el dispositivo de transporte opera en el llamado wmodo de equilibrio o balance" (otras modalidades, al igual que ejemplos de las Figuras 2-3 también pueden ser operadas en un modo de equilibrio o balance) . En el modo de equilibrio o balance, (cuando el dispositivo de transporte está estacionario) , la unidad de control, sobre la base de varias entradas, intenta mantener el centro de gravedad 400 sobre el eje transversal 402 pasando a través de la rueda en contacto con la superficie 404. En este modo, sustancialmente toda la estabilización se efectúa haciendo girar la rueda en contacto con la superficie 404 para mantener el centro de gravedad 400 clocado verticalmente sobre el eje transversal 402 de la rueda en contacto con la superficie 404. Hasta este punto, la unidad de tracción 408 puede ser mantenida en una posición fija con relación al fondo de la plataforma 202. En la modalidad mostrada en la Figura 4, la unidad de tracción 408 es mantenida en una posición sustancialmente vertical. (La unidad de tracción podría también ser mantenida en otros ángulos relativos) . Nuevamente, el dispositivo de transporte 200 en el modo de equilibrio, opera controlando la posición de la plataforma 202, de modo que el centro de gravedad 400 se desplace verticalmente en lugar por encima del eje vertical 402 de la rueda en contacto con la superficie 404 sobre la cual el dispositivo de transporte 200 reposa. Para permitir el movimiento, el centro de gravedad 400 debe desplazarse ligeramente ya sea hacia adelante o hacia atrás del eje transversal 402 de la rueda en contacto con la superficie 404, de modo que el dispositivo comience una caída controlada en la dirección 'HACIA ATRAS/HACIA ADELANTE". Cuando el centro de gravedad 400 se desplaza con relación al eje transversal 402, la rueda en contacto con la superficie 404 es accionada para, en esencia, mantener el centro de gravedad 400 relativamente cerca, pero aún desviado, localizado en comparación con el eje 402. De esta manera, el dispositivo no cae encima. El modo de equilibrio para un dispositivo de transporte tal como el que se muestra en la Figura 4 se describe en la Patente Estadounidense No. 5,701,965. En esta modalidad para el modo de equilibrio, la unidad de tracción 406 es inmovilizada en esa posición y puede no hacerse girar para ayudar a estabilizar el dispositivo de transporte 400. De esta manera, en esta modalidad, 'el modo de '"equilibrio puede ser generalmente a través de un método de * ruedas únicamente" para estabilizar dinámicamente un dispositivo de transporte humano . En algunos casos, puede ser deseable tener un dispositivo de transporte humano para subir o descender por escaleras con poca o ninguna ayuda del usuario o cualquier otra ayuda externa. De este modo, algunos dispositivos de transporte humano desarrollaron la capacidad , de subir escaleras y operar en el llamado modo de "escalera" o * apoyo". Los ejemplos de tales dispositivos se muestran en las Patentes Estadounidenses Nos. 5,701,965 y 5,791,425. El modo de escalera puede incluir tener las ruedas "?esclavizadas" a la unidad de tracción. Es decir, que las ruedas pueden moverse únicamente para permitir que la unidad de tracción gire pero no como medio de locomoción. Las Figuras 5A y 5B muestran dos ejemplos de la orientación relativa de unidad de control 500 de un dispositivo de transporte humano que opera en el modo de escalera. Cuando opera en el modo de escalera, la unidad de tracción 500 puede hacerse girar de modo que el centro de gravedad se encuentre sobre cualquiera de un eje de la rueda trasera o el eje de la rueda delantera dependiendo de en cual dirección se estén atravesando las escaleras (es decir si se está ascendiendo o bajando por las escaleras) . Cuando la rueda 502 entra en contacto con el borde frontal 506 de una escalera 508 la rueda es mantenida contra la escalera. Cuando el centro de gravedad se mueve hacia el punto de contacto 514, la unidad de tracción 500 puede comenzar a girar hacia arriba como se muestra en la Figura 5B. Cuando la unidad de tracción 500 se hace girar, la rueda esclavizada 502 puede hacerse girar con relación a la unidad de tracción 500 en mA^^?^.^.C^.M. mu???^^. ^.^..lA respuesta a la rotación de la unidad de tracción de modo que el mismo punto sobre la rueda permanezca en contacto con la escalera en el punto de contacto 510. Si a la rueda 502 se le permitió moverse, la rotación de la unidad de tracción puede hacer que la rueda 502 se mueva lejos del escalón y haga que el dispositivo de transporte caiga. La unidad de tracción 500 se hace girar (en este ejemplo, en el sentido de las manecillas del reloj) hasta que la segunda rueda 504 está en contacto con el borde superior 512 de la escalera 508 en el punto de contacto 514. Este proceso se repite hasta que el dispositivo de transporte alcanza la parte superior de las escaleras. En otra modalidad, puede ser necesario únicamente que el proceso descrito sea conducido una vez, si, por ejemplo, el dispositivo de transporte se está desplazando a lo largo de una acera. Los sistemas descritos anteriormente usan cualquiera de las unidades de tracción o las ruedas para mantener efectivamente el equilibrio del dispositivo. Sin embargo, se ha descubierto que en algunos "fcasos,- utilizar las ruedas y las unidades de tracción para mantener el centro de gravedad en una posición tal que el usuario no caiga es más deseable. Por ejemplo, cuando se desplaza sobre una superficie irregular, puede ser deseable hacer girar las ruedas y la unidad de tracción al mismo tiempo para mantener la plataforma en una posición erecta. De este modo, los aspectos y algunas modalidades de la presente invención están dirigidos hacia un modo de control de transporte novedoso. Este nuevo modo será referido aquí como modo mejorado. En una modalidad, los controles mejorados controlan la operación y estabilización de un dispositivo de transporte controlando tanto las ruedas como las unidades de tracción de un dispositivo de transporte de modo que el centro de gravedad se localice, o sea localizado muy brevemente, en una posición sobre la huella de, dispositivo de transporte (o alguna otra medida satisfecha, tal como el mantenimiento de la inclinación del sistema (o función de la inclinación del sistema) del1 dispositivo de transporte dentro de un intervalo de parámetros) . La Figura 6 es un diagrama de bloques que detalla posibles modos de operación de un dispositivo de transporte humano. En una modalidad, el dispositivo de transporte humano puede incluir un modo estándar 602, un modo de equilibro 604 y un modo de escalera 606. De acuerdo a aspectos de ciertas modalidades de la presente invención, el dispositivo de transporte también puede incluir un modo mejorado 608. Esos diferentes modos de control -son utilizados por lo programas y sistemas de programación y componentes físicos de computación contenidos en una unidad de control para proporcionar locomoción al dispositivo. Cada modo hace que el dispositivo de transporte humano opere de acuerdo a diferentes parámetros. Deberá notarse que los dispositivo de transporte humano pueden incluir otros modos de operación. Por ejemplo un dispositivo de transporte humano puede incluir un modo para transferirse entre modos y un modo para tratar con fallas del sistema. Los modos de control y los programas y sistemas de programación y componentes físicos de computación asociados discutidos aquí pueden ser incluidos en una unidad de control, tal como la unidad de control "descrita anteriormente con respecto a la Figura 3. Sin embargo, las diferentes porciones de los programas y sistemas de programación y componentes físicos de computación pueden ser utilizadas en otros lugares diferentes de la unidad de control. Por ejemplo, varios sensores podrían localizarse sobre la plataforma, la unidad de tracción, las ruedas o cualquier otro lugar donde puedan ser deseados o necesarios para controlar efectivamente la operación de un dispositivo de transporte humano. El modo de equilibrio 604 y el modo de escalera 606 fueron discutidos anteriormente y los propósitos de la modalidad ejemplar de la Figura 6 puede presumirse que operan de acuerdo con las descripciones anteriores. Sin embargo, deberá notarse que pueden existir variaciones en el modo de equilibrio 604 y el modo de control 606 y que pueden ser completamente integradas en un dispositivo de transporte que opere bajo los diferentes escenarios , de control proporcionados aquí. El modo estándar, de acuerdo al término utilizado aquí se referirá a un modo de operación donde no ocurre estabilización dinámica. En el modo estándar, la unidad de tracción y plataforma permanecen en una relación fija entre si. Por ejemplo, si un usuario está operando un dispositivo de transporte humano que tiene una plataforma similar a una silla (Figura 2) en modo estándar, un motor que controla el ángulo de la plataforma con relación a la unidad 'de tracción se mantiene en una posición constante. Si el dispositivo de transporte se está desplazando hacia arriba en una pendiente, la plataforma se inclina hacia abajo. Sin embargo, si la pendiente se vuelve muy inclinada, el centro de gravedad del sistema puede quedar en un lugar que se encuentre fuera de la huella del dispositivo de transporte y puede hacer que el dispositivo de transporte se vuelque hacia atrás. En el modo estándar, el usuario puede tener el control total del movimiento del dispositivo -de transporte. Es decir, que la unidad de control es altamente- sensible a las órdenes introducidas por el usuario. En una modalidad, esto puede lograrse aplicando un coeficiente de ganancia alto (como se discute más adelante) a las entradas recibidas desde una entrada del usuario. La entrada del usuario puede ser una palanca de mando u otro dispositivo de entrada , adecuado accionado por un usuario. Además, el dispositivo de transporte puede incluir una plataforma capaz de apoyarse que sirva como una entrada de usuario. De acuerdo a ciertas modalidades, el estándar puede incluir dos submodos. Un primer submodo puede ser implementado en un sistema tal como el que se muestra en la Figura 2E. En este submodo, pueden ser conectadas fijamente ruedas no motorizadas 254 a la unidad de control" 240 del dispositivo de transporte 200. La unidad de tracción 212 puede hacerse girar alrededor de un punto de rotación 213 al menos hasta que el dispositivo sea inclinado hacia adelante, de modo que las ruedas no motorizadas 254 entren en contacto con la superficie. En este modo,- se proporciona energía a un motor el cual acciona la rueda trasera 208 para proporcionar movimiento en respuesta a una orden del usuario. De esta manera, puede conservarse energía debido a que cualesquier motores conectados a las ruedas de accionamiento delanteras (por ejemplo, la rueda 210) de la unidad de tracción 212 pueden ser apagados. Por esta razón, el modo estándar en general y este submodo en particular es especialmente atractivo cuando un dispositivo de transporte 200 con un suministro de energía limitado (es decir, una batería recargable) va a ser operado durante periodos de - -^¡ÍMkMÍrémÍ^^, ,^ tiá £?^^M .1m~?l^m-^mM*¿lMÍ,* mm., M, ..t.J»».,,.. ^^^.^,^.^-.^..1 ~y ........ SL-^.J.». .-^, 1.» ¡ tiempo prolongados. Además, de este modo, cualquier tipo de estabilización que pueda ser proporcionada por el dispositivo de transporte puede ser desactivada para conservar energía. También, debido a las ruedas no motorizadas, las cuales pueden ser ruedas del tipo de roldana y tener una alta maniobrabilidad, el radio de giro en este modo puede ser el mínimo. Además, cada rueda conectada a los lados opuestos de la unidad de tracción 212 puede incluir su propio motor de rueda. Aplicando una señal diferente a cada una de las ruedas opuestas, el dispositivo de transporte 200 puede ser capaz de girar en un círculo. Esto puede lograrse proporcionando una torsión positiva a una rueda y una torsión negativa a la otra. Otro submodo del modo estándar incluye el modo donde la unidad de tracción se hace girar de modo que las cuatro ruedas entren en contacto con lá superficie, por lo que la rueda no motorizada 254 es mantenida lejos de la superficie como se muestra en la Figura 2F. En este submodo, el dispositivo de transporte 200 puede funcionar como un dispositivo de transporte accionado por cuatro ruedas. Sin embargo, se prefiere que las ruedas no respondan a las órdenes introducidas por el usuario en este modo, de modo que el usuario no confunda este submodo del modo es'tándar con el modo mejorado discutido más adelante.
Como se discutió anteriormente, el modo estándar puede mantener la plataforma en una relación angular sustancialmente constante con respecto a la unidad de tracción. En este caso, el motor que coloca la unidad de 5 tracción con respecto a la plataforma puede ser desactivado durante cualquier submodo del modo estándar. Refiriéndose ahora nuevamente a la Figura 6, el usuario puede transitar de un modo a otro seleccionando las opciones presentadas al usuario sobre una interfaz de 10 usuario. La interfaz de usuario puede ser proporcionada, por ejemplo, sobre un brazo 204 incluido sobre la plataforma 202 (Figura 2A) . De manera alternativa, las transiciones del modo pueden se efectuadas automáticamente. Por ejemplo, si el suministro de energía es lento, el dispositivo de transporte 15 puede transitar del modo de equilibrio al modo estándar automáticamente en un esfuerzo por ahorrar energía o para dar mayor seguridad. El dispositivo de transporte puede transitar de varios modo a otros modos. Por ejemplo, el dispositivo de 20 transporte puede transitar del modo estándar 602 al modo de equilibrio 604 y regresa como lo representa la flecha 620. El dispositivo de transporte también puede transferirse del modo de equilibrio 604 al modo de escalera 606 y de regreso de acuerdo a lo representado por la flecha 621. Además, el 25 dispositivo de transporte puede transitar de un modo estándar '"" -'-"aafett?tT?fflÍ . -al-t,l.l, a un modo de escalera 606 y regresar de acuerdo a lo representado por la flecha 622. El dispositivo de transporte puede entrar y salir del modo mejorado 608 desde cualquiera del modo estándar 602, modo de equilibrio 604 o modo de 5 escalera 606 de acuerdo a lo representado por la flecha 623, cuando el usuario seleccione la transición de modo desde un dispositivo de entrada del usuario. El modo mejorado, como se demostrará más adelante, puede ser dinámicamente más estable que cualquiera de los otros modos del dispositivo de 10 transporte. Por lo tanto, el dispositivo de transporte puede entrar al modo mejorado automáticamente si lá unidad de control determina que el dispositivo de transporte se ha vuelto inestable en su modo de operación actual.- De acuerdo a algunas modalidades, la entrada 15 automática al modo mejorado puede ser prevenida cuando la unidad de tracción esté en una orientación sustancialmente vertical. La salida del modo equilibrado puede ser lograda casi en cualquier momento a menos que algunos parámetros de la orientación actual del dispositivo de transporte sean 20 tales que el dispositivo de transporte se vuelva inestable si ha ocurrido un cambio de modo . También como se discute más adelante, el modo mejorado puede incluir una pluralidad de submodos l desde los cuales puede cambiar automáticamente. Además, el modo 25 mejorado puede cambiar entre los submodos en una forma mejor y efectiva debido a los sistemas de conmutación de control y programación de ganancia descritos más adelante. La Figura 7A muestra una vista lateral simplificada de un dispositivo de transporte 700 el cual puede operar en 5 el modQ mejorado. Nótese que el dispositivo de transporte 700 se da a manera de ejemplo únicamente y que de ninguna manera sirve para limitar la aplicación de la operación del modo mejorado como se describe aquí. El dispositivo de transporte 700 puede incluir una 10 plataforma 702. Como se discutió anteriormente, esta plataforma 702 puede ser una plataforma del tipo descrito como se muestra en la Figura 2A o de manera alternativa, puede ser una plataforma sobre la cual un ' usuario puede permanecer recto como se muestra en la Figura 3. Sin embargo, 15 la descripción de los ángulos relativos del dispositivo de transporte en el modo mejorado es igualmente aplicable a cualquier configuración y otras configuraciones también. Para los propósitos de la siguiente discusión, cualesquier ángulos se midieron en la Figura 7A de modo que un ángulo 20 representado por una flecha apuntando en la dirección de las manecillas del reloj se le dio un valor positivo y a cualquier ángulo representado por una flecha apuntado en la dirección contraria a las manecillas del reloj se le dio un valor negativo. Por ejemplo, el ángulo mostrado como fc 25 (posición de la unidad de tracción con respecto a la gravedad) es un ángulo positivo y el ángulo denotado como ?3 es un ángulo negativo. El centro de gravedad 704 represent • el centro de gravedad de todo el sistema. Este incluye el dispositivo de 5 transmisión 700, el usuario (no mostradoj , y cualquier carga que el usuario pueda cortar (tampoco mostrado) . Nuevamente, deberá notarse que el centro de gravedad se da únicamente como un ejemplo de un parámetro del dispositivo de transporte que puede ser estimado y/o examinado para determinar la 10 estabilidad del dispositivo de transporte . Las señales de control proporcionadas por la unidad de control 706 intentan mantener el centro 'de gravedad 704 sobre la huella del dispositivo de transporte 700. Nuevamente, la huella el dispositivo puede ser definida como 15 existente entre los puntos extremos de la unidad de tracción y de manera más preferible se encuentra entre los ejes transversales 708 y 710 de las ruedas delanteras 712 y traseras 714. Esas ruedas pueden ser conectadas a y ser parte de la unidad de tracción 716. En una modalidad, el centro de 20 gravedad permanece localizado sobre un punto central 718 de la unidad de tracción 716 en el modo mejorado . La plataforma 702 puede ser soportada por un soporte de plataforma 720. La altura de la plataforma (H) como se utiliza aquí se referirá a la distancia entre el fondo de la plataforma 702 y el lugar donde el soporte del asiento 720 está conectado a la unidad de tracción 716. Haciendo variar el ángulo ?h entre la porción superior 722 y la porción inferior 724 del soporte de la plataforma 720, la altura del asiento H puede ser ajustada. Puede ser incluido un motor en el punto de giro 728 donde la porción superior 722 y la porción superior 724 están conectadas de manera giratoria. Este motor, basado en las órdenes de la altura del asiento, puede hacer que el ángulo ?h entre la porción superior 722 y la porción inferior 724 se incremente o disminuya. Esto es ventajoso dado que permite al usuario elevarse a (o estar más cerca) el nivel del ojo con el humano erecto. En una modalidad, la plataforma 726 y la porción superior 722 también pueden incluir un motor que rija un ángulo ?s de modo que fondo de la plataforma 702 permanece sustancialmente horizontal sin importar la orientación de la porción superior 722. En otra modalidad, como se describe en las Figuras 9-11 y la discusión relacionada de la Patente Estadounidense No. 5,791,425 la cual se incorpora aquí como referencia, el sujetador de la plataforma 720 puede ser un brazo articulado que tenga porciones superior inferior que pueden ser ajustadas una con respecto a la otra y la plataforma. Los ajustes pueden lograrse por medio del dispositivo de accionamiento motorizado localizados en los puntos de giro de itá? ,ÍÍ-¿* -fJ-"i -lÁ^i-A-fc-.» . contacto 726, 728 y 730 (donde la porción inferior 724 puede ser conectada de manera giratoria a la unidad de tracción 716) . Los dispositivos de accionamiento motorizados pueden ser conectados entre sí (por ejemplo, por banda) de modo que el cambio de posición en un motor conectado en el punto de giro 728 entre las porciones superior e inferior produzca un cambio correspondiente en el ángulo ?s entre la plataforma 702 y la porción superior 722 para cambiar de modo que el fondo de la plataforma 702 permanezca sustancialmente horizontal. La razón por la que la altura del asiento es importante en la operación de un dispositivo de transporte humano 700 es al menos doble. Primera, la altura del asiento H puede ser utilizada para estimar el centro de gravedad 704 de todo el sistema. Además, la altura del asiento puede afectar que tan rápido el centro de gravedad puede moverse con relación al eje vertical definido por la gravedad (g) . Si el asiento está más alto, el centro de gravedad puede moverse más lento en respuesta a una perturbación. De este modo, la altura del asiento puede ser una variable considerada cuando se controle la estabilización dinámica del dispositivo de transporte. Por ejemplo, la altura del asiento puede ser una entrada que afecte la magnitud de los coeficientes de ganancia particulares (discutidos más adelante) que son ......-«^-f. ^t.^-a utilizados para controlar y de otro modo estabilizar el dispositivo de transporte. La cantidad que el centro de gravedad 704 se derive de un eje vertical que pasa a través de la unidad de tracción 716 será incluida aquí como la * inclinación del sistema" y se denota como ?x en la Figura 7A. Esta inclinación del sistema puede ser una inclinación rotacional basada en un desplazamiento angular. Como se muestra, en el eje vertical pasa a través de un punto central 718 de la unidad de tracción 718. Sin embargo, deberá notarse que en modo mejorado el eje vertical puede pasar a través de cualquier porción de la unidad de tracción colocada entre los ejes transversales que pasan a través del centro de cualquiera de la rueda 714 y la rueda 712 (por ejemplo, la huella) . En el caso donde se desee que el eje pase a través de una porción de la unidad de tracción 716 que no pase a través del punto central 718, el proceso de control de la estabilización discutido más adelante puede ser alterable para tomar en cuenta la distancia donde el eje vertical pase a través de la unidad de tracción 716 es desde el punto central 718 de la unidad de tracción 716. Nótese que el objetivo del control de colocar el centro de gravedad 704 sobre el punto central 718 de la unidad de tracción 716 puede no ser aplicable a otros modos de operación del dispositivo de transporte. Por ejemplo, en el modo de equilibrio, el objetivo del control puede ser mantener el centro de gravedad 704 en una relación apropiada sobre un eje transversal que pasa a través de una de las ruedas de la unidad de tracción 716. Como se discutió anteriormente, la ubicación del centro de gravedad 704 puede basarse en una aproximación que depende de la altura del asiento. La ubicación del centro de gravedad 704 también puede ser determinado sobre la base de la velocidad a la cual la plataforma se está moviendo con respecto a la gravedad. Esta velocidad será referida aquí como la velocidad de inclinación. Por ejemplo, sensores de movimiento (no mostrados) colocados sobre el dispositivo de transporte 700 pueden detectar que el sistema se está inclinando hacia adelante a una velocidad alta. Este movimiento desplazará el centro de gravedad 704 y en algunos casos, de modo que este se encuentre fuera de la huella del dispositivo de transporte 700. De este modo, puede ser necesario que la huella del dispositivo de transporte sea movida con respecto a la superficie en la dirección de la velocidad de inclinación de modo que la huella permanezca debajo del centro de gravedad 704. La Figura 7A también muestra una unidad de control 706. La operación de la unidad de control 706 se discute más adelante. La unidad de control 706 puede incluir varios sensores de movimiento que determinan, por ejemplo, la ir* ni rtiti It t -tÜiiÉ rt '.Ir MlüHiF- •• --****>**-velocidad de inclinación del sistema. Los sensores no se limitan a ningún tipo particular de sensor y podrían ser, por ejemplo, un acelerómetro, un sensor de pistón, un sensor * lineal" y similares. Como se comprenderá fácilmente, la velocidad de inclinación puede ser determinada empíricamente diferenciando la inclinación del sistema medida o estimada T. con respecto al tiempo. La unidad de control 706 también puede incluir varios componentes físicos de computación y programas y sistemas de programación que pueden controlar los motores conectados a las ruedas 712 y 714, así como un motor conectado a la unidad de tracción 716. Además, la unidad de control 706 también puede incluir varios circuitos de control discutidos más adelante, que pueden servir para estabilizar el dispositivo de transporte 700. En una modalidad, la unidad de control 706 puede tener una unidad de tracción 716 conectada de manera giratoria a ésta. De este modo, una variación en la orientación regular de la unidad de tracción 716 con respecto a la vertical puede no efectuar el mismo cambio en la orientación de la unidad de control 706. La diferencia entre el ángulo en el cual la parte superior de la unidad de control 706 se desplaza de la horizontal (denotado como ángulo del controlador ?e) y el ángulo en el cual la unidad de control 716 se desplaza desde la vertical (fc que representa la posición de la unidad de tracción con respecto a la gravedad) será referida aquí como la posición relativa de la unidad de tracción y se denota como el ángulo ?c. El ángulo ?e representa la orientación angular de la parte superior de la unidad de control 702 con respecto al centro de gravedad 704. Nuevamente, el propósito general del modo mejorado es intentar controlar el centro de gravedad 704 en un lugar que esté relativamente dentro de la huella del dispositivo de transporte 700. En algunas modalidades, el modo mejorado puede intentar colocar el centro de gravedad 704 sobre el punto central 718 de la unidad de tracción 716. Esta modalidad puede ser concebida generalmente como la estabilización que intenta colocar las cuatro ruedas del dispositivo de transporte 700 sobre el suelo con el centro de gravedad localizado verticalmente encima del punto central 718 de la unidad de tracción 716. Cuando se satisface esta condición, el dispositivo de transporte 700 está en una posición sustancialmente estabilizada. Además, puede preferirse mantener el fondo de la plataforma 702 sustancialmente paralelo a la horizontal. Si" el fondo de la plataforma 702 está sustancialmente paralelo a la horizontal, el usuario puede sentirse más estable y el usuario puede, por lo tanto, estar más cómodo. Un eje longitudinal 740 de la unidad de tracción 716 se muestra estando angularmente desplazado desde el horizontal. Sin embargo, el fondo de la plataforma 702 permanece sustancialmente paralela a la horizontal. Esta condición puede ocurrir, por ejemplo, cuando el dispositivo de transporte 700 se esté desplazando en un plano inclinado. Para mantener el centro de gravedad 704 dentro de la huella del dispositivo de transporte 704, el ángulo entre la unidad de tracción 716 y la porción inferior 724 necesita ser reducido. Esta reducción puede lograrse por medio de un motor conectado al punto de giro 730 que hace girar a la unidad de tracción 716 en la dirección contraria a las manecillas del reloj y fuerza la torsión 724 hacia delante. Como se discutió anteriormente, en algunas circunstancias proporcionar solo rutinas de estabilización de la unidad de tracción puede no equilibrar efectivamente el dispositivo de transporte si el desplazamiento de la unidad de tracción de la vertical (es decir, fc=0) se vuelve demasiado pequeño. En algunas modalidades, también es posible mantener el equilibrio utilizando la rotación de las ruedas para mantener el centro de gravedad (o en una relación apropiada con) la huella del dispositivo. Además, se ha descubierto que el- equilibrio sobre dos ruedas puede disminuir la utilidad del dispositivo de transporte. Por ejemplo el equilibrio sobre solo dos ruedas puede ser difícil de negociar sobre superficies no uniformes. Por ejemplo, para desplazarse hacia arriba y sobre una acera sobre tal dispositivo de dos ruedas, la cantidad de torsión que necesita ser aplicada a las ruedas para elevar esencialmente el dispositivo de transporte directamente hacia arriba puede ser excesiva. Cuando toda la torsión es aplicada para elevar 5 las ruedas a una superficie vertical, el control requerido para mantener el dispositivo de transporte en una posición sustancialmente vertical puede ser severamente impedida. El modo mejorado, de acuerdo a algunas modalidades, puede resolver esos problemas. El modo mejorado utiliza 10 porciones de ambas técnicas de equilibrio de las ruedas así como técnicas de equilibrio de la unidad de "tracción en un esfuerzo por mantener el centro de gravedad localizado vertical encima de la región que define la huella del dispositivo de transporte. La utilización de ambos algoritmos 15 de equilibrio de la unidad de tracción y de las ruedas proporciona un dispositivo de transporte inherentemente más estable que los de la técnica anterior cuando el dispositivo de transporte se está desplazando sobte superficies no uniformes . 20 En una modalidad, es el nuevo modo 'mejorado puede incluir varios submodos. Por ejemplo, el modo- mejorado puede incluir un modo de ruedas PD (?derivado proporcional"), un modo de ruedas POC (péndulo sobre un carro) y un modo de equilibrio de ruedas (los nombres que sé utilizan como marcas 25 no pretenden en sí ser limitantes o descriptivos) . Cada uno -- "f t?njU?• ¡¡¡BAj^éá?üi^^t^g ^^jgt^ A-*-".-de esos diferentes modos son aplicables en diferentes circunstancias. En una modalidad, la presente invención puede transitar entre esos modos dependiendo de las características de operación actuales del dispositivo de transporte. Dados esos objetivos y los parámetros (es decir, ángulos) definidos con respecto a la Figura 7A, la unidad de control puede estabilizar el dispositivo de transporte cuando este se desplaza por muchos tipos diferentes de superficies. En una modalidad, la unidad de control puede incluir uno o varios circuitos de control que implementan coeficientes de ganancia para ayudar a estabilizar el dispositivo de transporte. En otra modalidad, la unidad de control puede contener diferentes arquitecturas de control para cada modo. La Figura 8 es un ejemplo de un circuito de control 800 que puede ser implementado en la presente invención. El circuito de control 800 puede incluir una planta 802, la cual puede incluir, por ejemplo, un motor y una pluralidad de sensores que verifican varios parámetros de un dispositivo de transporte. Al menos uno, y en algunos de los diferentes casos, los parámetros pueden ser retroalimentados desde la planta 802 hacia el circuito de control 800. Por ejemplo, la inclinación del sistema 804 y la velocidad de inclinación 806 en un dispositivo de transporte humano pueden ser retroali entadas . Cada uno de los parámetros puede ser multiplicado por un coeficiente de ganancia (por ejemplo, los coeficientes de ganancia 808a y 808b) para producir una señal de control (la salida de la sumadora 810) que es finalmente aplicada nuevamente a la planta. A mayor el valor del coeficiente por el que el parámetro dado es multiplicado, mayor el efecto del parámetro sobre el valor de la señal de control. Ejemplos adicionales de circuitos de control que pueden ser aplicados son dispositivos de transporte se describen en detalle más adelante (Figuras 20 y 21) . Refiriéndose nuevamente ahora tanto a las Figuras 7A como 7B, una manera de modular la " operación del dispositivo de transporte puede ser modular el sistema como un péndulo invertido que gira en el articulación giratoria de la unidad de tracción 730. Por supuesto, el sistema puede ser modelado en varias otras formas. La energía total (E) (incluyendo la potencial y cinética) del sistema puede ser expresada como: E = W?i' )2-mgL!(l-cos?) donde J es la inercia del sistema (incluye el dispositivo de transporte, el usuario y cualquier carga) , ?i es la inclinación del sistema, ?i' es la velocidad de inclinación (la derivada de T. con respecto a tiempo) , m es la masa del sistema, g es la gravedad, L. es la distancia desde el centro de gravedad 704 a la articulación giratoria de la unidad de tracción 730 , (nota, Lx depende de la altura de la plataforma H) . Esta fórmula puede ser simplificada utilizando la aproximación de ángulo pequeño para el coseno a : E = *sj (??' ) -mgLx?a El dispositivo de transporte 700 es más estable cuando la energía total es igual a cero. Esto puede ocurrir en al menos dos casos. En un primer caso, la inclinación del sistema ?i y la velocidad de inclinación ?i' son iguales a cero. En este caso, el dispositivo de transporte 700 puede estar completamente estático. En otro caso, la inclinación del sistema ?i puede ser negativa (Figura 7B) mientras que el centro de gravedad 704 se está moviendo hacia delante. Si el centro de gravedad se está moviendo hacia delante hacia una velocidad de inclinación ?i' suficiente para contra actuar sobre la inclinación del sistema ?i, la energia total puede nuevamente aproximarse a cero. De este modo, es deseable definir la relación entre la relación del sistema ?i y la velocidad del sistema ?i' , de modo que la ecuación anterior sea igual a cero. Si la ecuación de energía simplificada anterior de fija en cero puede derivarse la siguiente ecuación: ?i' + ?.dngLi/L) Esta ecuación puede ser igual a cero en uno de dos casos. Uno es cuando el término de inclinación ?_ (mgLi/L) se agrega a ?i' y el otro es cuando el término de inclinación es sustraído de ?i. La solución positiva indica que el dispositivo de transporte se está moviendo nuevamente hacia la vertical y la solución negativa indica que la máquina continua cayendo aunque la energía total sigue siendo igual a cero. De este modo, se selecciona la solución positiva para determinar un indicador de equilibrio q0 el cual puede ser definido por la ecuación: donde ?n es igual a la frecuencia natural de un péndulo invertido (mgL?/L) Será evidente de lo anterior, que el sistema está bien equilibrado sí q0= 0. Variaciones, ya sea por encima o por debajo de cero, indican que el dispositivo de transporte no está completamente equilibrado y que deberán aplicarse varias correcciones. El valor de q0 como se discute más adelante, puede ser utilizado como un valor que haga que el dispositivo de transporte se desplace entre varios submodos en el modo mejorado. Por supuesto podrían utilizarse valores diferentes de q0 dependiendo de cómo sea modelado el dispositivo de transporte.
Modo Mejorado Nuevamente, un modo de operación para un dispositivo de transporte es el ??rmodo mejorado". El modo mejorado puede (pero no necesariamente) ser aplicado para incrementar la capacidad para desplazarse sobre terrenos no uniformes tales como rampas, grava y aceras. La unidad de tracción y las ruedas son utilizadas en conjunto para proporcionar estabilidad dinámica. El modo mejorado puede también (o en su lugar) ser utilizado como un método para intentar ganar nuevamente estabilidad dinámica si el modo de equilibrio es incapaz de mantener la estabilidad por alguna razón (es decir, la pérdida de tracción, incapacidad de las ruedas para rodar, etc.) . ' Dependiendo de varias condiciones del dispositivo de transporte, puede ser necesario incrementar diferentes submodos dentro del modo mejorado. Esos submodos serán referidos aquí como sigue. El primer submodo será referido como modo de ruedas PD. Las ruedas PD es un modo que responde a las órdenes de locomoción de un usuario y es estáticamente estable, y puede manejar variaciones moderadas en la superficie que se esté atravesando. En el modo de ruedas PD, el dispositivo de transporte puede seguir estrechamente las órdenes del usuario. En algunas modalidades, esto puede permitir a los usuarios conducir sobre rampas, girar en un lugar, y rotar sobre varios obstáculos *!. tales como topes pequeños. El controlador de ruedas PD puede ser tipificado dado que el dispositivo de transporte cuando está en el modo de ruedas PD es muy sensible a las entradas del usuario. Esto permite al usuario tener un fuerte control de la locomoción del dispositivo de transporte. En algunas modalidades, esto puede lograrse aplicando un valor de ganancia alto a las órdenes de entrada del usuario que son transmitidas a las ruedas. El nivel de ganancia alto aplicado a las órdenes de entrada del usuario puede proporcionar una cantidad máxima de torsión disponible a las ruedas. Sin embargo, debido a esta rigidez inherente en las ganancias de la rueda, cambios súbitos en la aceleración de la rueda (es decir, un inicio rápido o un alto rápido) puede hacer que el centro de gravedad se incline hacia delante o hacia atrás. Esto puede dar como resultado que la unidad de tracción levante un par de ruedas del piso cuando intente aplicar una torsión de corrección al sistema haciendo girar la unidad de tracción. Cuando se aplica tal torsión, es probable que las ruedas PD no sean apropiadas. De este modo, el dispositivo puede cambiar a un segundo modo, el modo de ruedas POC. El objetivo de las ruedas POC es -estabilizar el transporte de modo que las cuatro ruedas se encuentren sobre el suelo y el centro de gravedad se localice encima de la unidad de tracción entre los dos puntos extremos de la unidad ^j¡jj^y¡^^ ^^j| y^g| de tracción. En este modo, tanto las ruedas como la unidad de tracción son utilizadas en un intento por colocar el centro de gravedad en una posición de referencia dentro de la huella. De este modo, las huellas usan la información de inclinación para trasladar el centro de gravedad a una posición sobre la huella. Ordenar las ruedas de tal manera que el centro de gravedad sobre la articulación de la unidad de tracción, puede muchas veces ser inconsistente con las órdenes dadas por un usuario. Para acomodar esto, las ganancias o arquitectura utilizada por la unidad de control en el submodo de ruedas POC da a las señales de inclinación y velocidad mayor influencia mientras que a las órdenes del usuario se les da una menor influencia. En general, el submodo de ruedas POC puede únicamente entrar en juego cuando la estabilidad del dispositivo de transporte se esté volviendo cuestionable. Por ejemplo, la estabilidad cuestionable puede ocurrir cuando se conduzca sobre grandes obstáculos o sobre superficies muy irregulares. Como un experto en la técnica reconocerá fácilmente, la rotación de una unidad de tracción sola puede únicamente ser efectiva para estabilizar el dispositivo de transporte cuando el centro de gravedad esté sustancialmente centrado entre los puntos extremos de la unidad de tracción. Una vez que el error de inclinación (es decir la cantidad en la cual el centro de gravedad está desplazado de una posición sustancialmente al centro de la unidad de tracción) es suficientemente grande para colocar el centro de gravedad sobre un juego de ruedas, la unidad de tracción es menos efectiva y puede ser necesario utilizar las ruedas como medios principales de estabilización. De este modo, el modo mejorado también incluye un tercer submodo, referido como submodo de equilibrio de ruedas. El objetivo del submodo de equilibrio de ruedas es doble, para estabilizar el transporte en el caso de perturbaciones grandes de la inclinación y para regresar el centro de gravedad y la unidad de tracción a una orientación donde cualquiera de los submodos de ruedas PD o ruedas POC sea efectivo. Como se discutió anteriormente, las ruedas PD o las ruedas POC puedan ser más efectivas cuando la unidad de tracción esté cerca de la horizontal. El equilibrio de las ruedas puede ser similar al modo de equilibrio en la operación pero también incluye la capacidad de hacer girar la unidad de tracción. Cada uno de los modos identificados anteriormente pueden ser implementados en un solo circuito de control contenido en la unidad de control. Dependiendo de en cual submodo del modo mejorado esté operando actualmente el dispositivo de transporte, se aplican varios coeficientes de ganancia al circuito de control para lograr los efectos identificados anteriormente. Las ganancias para cada submodo pueden variar, por ejemplo, la cantidad en la cual el usuario .....m.^^,^^. ^..^, ..jJfci^.^^i^L^l puede controlar el dispositivo de transporte y la cantidad en la cual el dispositivo de transporte se estabiliza dinámicamente a sí mismo. Además, cada submodo puede ser implementado con una arquitectura de control separada. Como se mencionó anteriormente, la unidad de control del dispositivo de transporte puede implementar varias ganancias o arquitecturas de control en un circuito de control para controlar y estabilizar el dispositivo de transporte en el modo mejorado. Para saber cuando cambiar entre los submodos del modo mejorado (y por lo tanto, cuando cambiar las ganancias o arquitectura lde control en las modalidades apropiadas) deberán establecerse algunos criterios de cambio o conmutación básicos. En algunas modalidades, la cantidad q0 discutida anteriormente puede ser utilizada como una medida para decidir cuando cambiar entre modos. Por ejemplo, q0 puede ser utilizada para cambiar entre las ruedas PD y las ruedas POC. Además, también puede ser utilizado el valor de fc (posición de la unidad de tracción con respecto a la gravedad) para cambiar de cualquiera de las ruedas PD o ruedas POC a modo de equilibrio de ruedas (por supuesto, pueden ser utilizados otros parámetros además de o en su lugar en otras modalidades) . El cambio entre varios modos en el modo mejorado puede depender de la posición de unidad de tracción con respecto a la gravedad, fc. La Figura 9 muestra una ni 1 1 1 iiriii i iíi i iif representación gráfica 900 de los diferentes valores de fc. Nuevamente, fc representa la posición de la unidad de tracción con respecto a la gravedad y sonido de modo que la posición de la unidad de tracción vertical de como resultado una fc la cual es igual a cero y una posición de la unidad de tracción horizontal que de cómo resultado una fc igual a 90°. En la representación gráfica de la FIGURA 9, el eje vertical 902 representa fc siendo igual a cero grados y el eje horizontal 904 representa fc siendo igual a 90°. En esta modalidad, el dispositivo de transporte puede permanecer en las ruedas POC o ruedas PD cuando el ángulo fc sea cercano a 90° . Como se muestra en la Figura 9, la región en la cual el dispositivo de transmisión permanece en las ruedas POC o en las ruedas PD es la región 906 la cual se encuentra entre el eje horizontal 904 y el rayo 908. Si el ángulo de la unidad de tracción con respecto a la gravedad fc permanece debajo del rayo 908, el dispositivo de transporte puede permanecer en las ruedas POC o las ruedas PD. Si fc se incrementa por encima de un valor representado por el rayo 910, el dispositivo de transporte transita a y permanece en el modo de equilibrio de ruedas. Es decir, que mientras fc permanezca en la región 912 entre el eje vertical 902 y el rayo 910, el dispositivo de transporte permanecerá en el equilibrio de ruedas. Sin embargo, existe una región 914 entre los rayos 910 y 908 donde el modo de operación apropiado para esta modalidad es más difícil de seleccionar. En esta región 914 pueden ser tomados en cuentas varios otros factores para determinar si el dispositivo de transporte deberá estar en el modo de equilibrio de ruedas o en uno de los otros modos. Si el centro de gravedad, de acuerdo a lo determinado por el ángulo del sistema y la velocidad de inclinación, se aproxima o está sobre la huella del dispositivo, el dispositivo de transporte deberá transferirse a cualquiera de las ruedas PD o las ruedas POC. Si el centro de gravedad está sustancialmente sobre cualquiera de los miembros en contacto con el suelo, sin embargo, el dispositivo de transporte deberá transferirse al modo de equilibrio de ruedas. Los valores angulares ejemplares para la ubicación de los rayos 910 y 908, respectivamente pueden ser de 30° y 60°. De acuerdo a una modalidad, la transición de las ruedas PD a las ruedas POC de regreso puede ser determinada sobre la base de un valor de cambio del valor s. s puede definirse con relación a q0 de modo que s = |fc' |+A?|LPF(q0) | donde Ai es una constante de escalamiento y LPF(q0) es la salida de un filtro de paso bajo de primer orden proporcionada con una señal de entrada de q0. f'c puede proporcionar una indicación aproximada de la uniformidad de la superficie que está siendo atravesada. Por ejemplo, la magnitud de f'c será grande sobre superficies muy uniformes debido a los cambios rápidos de orientación de la unidad de tracción. De igual modo, la magnitud de f'c será menor sobre superficies lisas. Se ha determinado empíricamente que un valor de i igual a 1.66 es un valor efectivo para algunas modalidades . Para prevenir la comunicación entre modos puede hacerse una determinación del tipo de histéresis cuando se cambien modos. Por ejemplo, si s es mayor o igual que un valor de entrada (por ejemplo, 1), el dispositivo de transporte entra a las ruedas POC. El dispositivo permanecerá en las ruedas POC hasta que el valor de s caiga a o por debajo de un valor de salida (por ejemplo, 0.5), punto en el cual el dispositivo de transporte se transfiera a las ruedas PD. Por supuesto, los valores de entrada y salida pueden variar dependiendo de las características de operación del dispositivo de transporte. La Figura 10 muestra un diagrama de flujo de datos de una modalidad mediante el cual el valor de s puede ser determinado. En las entradas externas, una velocidad de inclinación (?i' ) es contenida en el bloque de datos 1002, la inclinación de la unidad ?i contenida en el bloque de datos 1004, y la velocidad de la unidad de tracción con respecto a la gravedad fc' contenida en el bloque de datos 1006. La inclinación del sistema ?i es multiplicada por la frecuencia natural de un péndulo invertido ?n 1006. La salida del bloque 1006 es sumada a la velocidad de inclinación recibida del bloque de datos 1002 en el bloque de suma 1008. La salida del bloque de suma 1008 es qo. El valor de q0 es entonces pasado a través de un filtro de paso bajo del bloque 1010. El valor absoluto de la señal q0 filtrada por paso bajo es entonces determinado por el bloque 1012. La salida del bloque 1012 es entonces sumada en la sumadora 1016 a la velocidad de la unidad de tracción fc' del bloque 1006 después de que ha sido pasada a través del filtro de paso bajo en el bloque 1014 y ha sido determinado el valor absoluto (bloque 1020) . La salida de la sumadora 1016 es entonces 'pasada a través del filtro de paso bajo 1018 y la salida del filtro de paso bajo 1018 es el valor de s de acuerdo con la ecuación descrita anteriormente . La Figura 11 muestra una modalidad de un diagrama de flujo de un método para determinar cuando transferirse entre submodos del modo mejorado sobre la base (en esta modalidad) de fc y s. Por supuesto, podrían se utilizados diferentes criterios de cambio o conmutación dependiendo de cómo sea modelado el dispositivo de transporte. El proceso comienza en el bloque 1102 donde los valores actuales de fc y s son recibidos. En el bloque 1104 &e determina si fc es menor que WBon. La variable WBon representa el valor angular de fc por debajo del cual el dispositivo de transporte siempre permanecerá en el modo de equilibrio de ruedas. Esto se muestra en la Figura 9 como la región 912 entre el rayo 910 y el eje vertical 902. Si fc es menor que Bon, en el bloque 1106 se determina si el dispositivo de transporte está actualmente en el modo de equilibrio de ruedas. Si el dispositivo de transporte está actualmente en el modo de equilibrio de ruedas no se requiere procesamiento adicional y el proceso regresa al bloque 1102. Sin embargo, si el dispositivo de transporte no se encuentra en el modo de equilibrio de ruedas entonces, en el bloque 1108, el dispositivo de transporte es transferido al modo de equilibrio de ruedas y el proceso regresa al bloque 1102. Si fc no es menor que WBon, . se determina en el bloque 1110 si o no fc es mayor que WBoff. El valor de WBoff es el valor de ?c por debajo del cual el dispositivo de transporte deberá estar en el modo de ruedas POC o el modo de ruedas PD. WBoff es representado en la Figura 9 como el rayo 908. Si fc es mayor que WBoff, el procesamiento se transfiere a la sección de procesamiento de histéresis de ruedas PD/ruedas POC 1112. Si fc no es mayor que Boff, se sabe que el valor de fc está en la región entre los rayos 910 y 908 de la Figura 9 (por ejemplo, la región 914) . Como se discutió anteriormente, en esta región, si el centro de gravedad está cerca de un eje de una de las ruedas de la unidad de tracción, entonces el dispositivo de transporte deberá transferirse al modo de equilibrio de ruedas. De este modo, en el bloque 1114, se determina si el centro de gravedad está cerca del eje de la rueda. Si el centro de gravedad está cerca de uno de los ejes de las ruedas, entonces en el bloque 1116 del dispositivo de transporte es transferido al modo de equilibrio de ruedas y el procesamiento regresa al bloque 1102. Si, sin embargo, el centro de gravedad no está cerca de los ejes de las ruedas, el procesamiento entra al bloque de procesamiento de histéresis de ruedas PD/ruedas POC 1112. La ubicación del centro de gravedad, como se discutió anteriormente, es una cantidad conveniente a considerar cuando se determina cuando cambiar de modos. Sin embargo, deberá notarse que el centro de gravedad puede realmente solo ser una ubicación estimada que se basan en las características de operación del dispositivo de transporte. Por ejemplo, el centro de gravedad puede ser una representación tanto de la inclinación del sistema como y/o la velocidad de inclinación del dispositivo" de transporte.
Esas cantidades (así como otros) pueden ser derivadas de sensores de posición, velocidad y aceleración que pueden estar incluidos en el dispositivo de transporte. El bloque de procesamiento de histéresis 1112 efectúa las funciones descritas anteriormente con respecto a la transferencia entre las ruedas POC y las ruedas PD sobre la base del valor de s. Dentro del bloque 1112, primero se determina en el bloque 1118 si el dispositivo de transporte está actualmente en el modo de ruedas POC. Si el dispositivo de transporte está en el modo de ruedas POC, entonces en el bloque 1120 se determina si s es mayor de 0.5. Debido a que ya se ha determinado que el dispositivo de transporte está en ruedas POC, el valor de s debe caer por debajo de 0.5 para transferirse al modo de ruedas PD. De este modo, si en el bloque 1120 se determina que s es mayor de 0.5, el dispositivo de transporte deberá permanecer en el modo de ruedas POC y el procesamiento regresa al bloque 1102. Sin embargo, si s ha caído por debajo de 0.5, el dispositivo de transporte es transferido al modo de ruedas PD en el bloque 1122 y el procesamiento regresa entonces al bloque 1102. Si se determinó en el bloque 1118 que el dispositivo de transporte actualmente no estaba en ruedas POC, entonces, si se determina en el bloque 1124 que s no aumentó por encima de 1, el dispositivo de transporte deberá permanecer en el modo de ruedas PD y el procesamiento regresa al bloque 1102. Sin embargo, si s se eleva por encima de 1, entonces el dispositivo de transporte es transferido al modo de ruedas POC en el bloque 1126 y el procesamiento regresa al bloque 1102. Deberá notarse que los valores para cambiar modos anteriormente son ejemplares únicamente. Esos valores pueden cambiar dependiendo, por ejemplo, de la altura del usuario, el peso del dispositivo de transporte, la exactitud de los diferentes sensores del dispositivo de transporte y similares. Los diferentes procesos de cambio o conmutación descritos anteriormente, así como los diferentes controles de estabilización dentro de cada modo, pueden ser efectuados conduciendo o accionando tanto las ruedas como las unidades de tracción del dispositivo de transporte. Cada rueda puede ser accionada independientemente por un motor separado. De manera alternativa, algunas de las ruedas pueden no ser accionadas por un motor o dos ruedas conectadas a un eje común pueden ser accionadas por un solo motor. Además, la unidad de tracción puede incluir un motor separado. Sin importar como esté configurado el dispositivo de transporte, las unidades que controlarán las ruedas y la unidad de tracción, expresadas como voltajes Vw y Vc, respectivamente, de modo que el dispositivo de transporte rr rTTt *i"*f*"*»~'~ - "^?-*- - permanezca estable en cualquiera de los modos del modo de mejorado: Vw=K??? + K2?x' + K3X +K4X' ; y Vc=K5?! + K6?? ' + K7fc +K8f' c Los voltajes representan un voltaje aplicado para accionar un motor eléctrico para producir una torsión de salida. Por supuesto, el dispositivo de accionamiento no necesita ser eléctrico y, en cualquier caso, puede ser utilizado algún otro valor diferente al voltaje. La variable X representa el error de posición horizontal del dispositivo de transporte y es la diferencia entre la posición horizontal del transporte y la posición horizontal deseada del dispositivo de transporte. La notación (prima) indica diferenciación con respecto al tiempo. Los coeficientes Kx - K8 varían dependiendo de cual submodo del modo mejorado esté operando el dispositivo de transporte. Ejemplos de valores relativos de coeficientes de ganancia K?~K8 que pueden ser utilizados por la unidad de control por cada uno de los modos se expone en la Tabla A más adelante. Dependiendo de cuales ganancias sean utilizadas en la unidad de control controlarán el dispositivo de transporte de varias formas correspondientes al submodo aplicable.
Tabla A: La fuerza y signo relativo de cada valor de ganancia listada en la Tabla A es suficiente para distinguir a cada submodo. En la Tabla A, un valor de ++ es mayor que un valor de +. Los valores de cero no necesariamente son exactamente iguales a cero sino que, pueden representar un valor muy pequeño . La Figura 12A muestra un diagrama de bloques de una unidad de control 1200, la cual puede ser utilizada en conjunto con la presente invención. La unidad de control 1200 de esta modalidad puede controlar tanto a la unidad de tracción como a las ruedas conectadas a la unidad de tracción de acuerdo a las ecuaciones para Vc y Vw descritas anteriormente. El papel principal de la unidad de tracción es aplicar torsión sobre la base de la dinámica con respecto a la gravedad (es decir, que la unidad de tracción gira para .f- -f"f-ffH''M-^trA-tf*— -"fttlTií *'f mantener la plataforma en un ángulo de inclinación deseado con respecto a la gravedad) . En el modo mejorado, las ruedas deberán seguir las órdenes del usuario mientras se verifican dos criterios. Si la posición de la unidad de tracción con respecto a la gravedad está cambiando (es decir, que la inclinación del suelo está cambiando) , o la magnitud de q0 es grande, las ruedas pueden cambiar del control del usuario para ayudar a la unidad de tracción para mantener la unidad recta utilizando un control de equilibrio en lugar de un control de posición/velocidad. Si el ángulo de la unidad de tracción con respecto a la gravedad disminuye (es decir, que la unidad de tracción se está aproximando a la vertical) el objetivo es forzar la unidad de tracción para que caiga en una orientación más horizontal, reduciendo „ al mínimo la distancia atravesada. Esto ayuda a asegurar que un usuario permanezca soportado cómodamente sobre el dispositivo de transporte. La unidad de control 1200 puede incluir un controlador de ruedas 1202 y un controlador e la unidad de tracción 1204. El controlador de las ruedas 1200 puede recibir varias entradas relacionadas con las características de operación actuales del dispositivo de transporte, así como entradas de dirección del usuario (por ejemplo, recibidas desde una palanca de mando) . A partir de las entradas, el controlador de las ruedas 1202 puede generar un voltaje de . J|.yf.Jjß É-., JC ? .. control de rueda de Vw que controla los motores de las ruedas . El valor de Vw hace que los motores de , las ruedas apliquen una torsión a varias ruedas del dispositivo de transporte para permitir que el dispositivo de transporte sea "accionado" a través de una superficie. Como se discutió anteriormente, el dispositivo de transporte puede incluir un motor por cada rueda y puede generarse un valor de Vw separado para el motor de cada rueda. De esta manera, la dirección del dispositivo de transporte puede ser lograda aplicando diferentes voltajes de ruedas a las ruedas. El control de la unidad de tracción 1204 puede también recibir varias entradas de posición relacionadas con el dispositivo de transporte en general, así como información específica de la unidad de tracción. El controlador de la unidad de tracción 1204 convierte esta información en un voltaje de control del motor de la unidad de tracción Vc. El motor de la unidad de tracción recibe la señal Vc y hace que la unidad de tracción gire alrededor de un eje. En una modalidad, el controlador de una rueda 1202 puede recibir una entrada de datos que representa la inclinación del sistema ?i de un bloque de datos 1206. Deberá notarse que los datos, como se describen aquí han sido expuestos positivamente como un valor. Por ejemplo, la inclinación del sistema ha sido representada como un valor angular. Sin embargo, cualquiera de los valores utilizados para controlar el control direccional y la estabilidad del dispositivo de transporte pueden ser expresados con un término de error que representa que tan lejos el parámetro dado se encuentra de un lugar deseado o en un número de otras formas. Por ejemplo, la inclinación del sistema puede ser representada como un valor en el cual la inclinación del sistema actual difiere de una inclinación deseada. Es decir, que la señal de error puede ser igual a la diferencia entre la inclinación del sistema actual y la inclinación del sistema que coloca el centro de gravedad directamente sobre el punto central de la unidad de tracción. Además, aunque han sido designados varios ángulos en grados aquí, cada ángulo puede ser expresado en radianes o en *conteos" (valores numéricos completos) que son calibrados de modo que el dispositivo de transporte tenga la respuesta deseada tras la recepción de tal valor. El controlador de la rueda de 1202 puede también recibir una indicación de velocidad del sistema y del bloque de datos 1208. La velocidad del sistem indica la velocidad rotacional a la cual el sistema se está moviendo y puede expresarse como la derivada con respecto a tiempo de la inclinación del sistema del bloque de datos 1208. Además, la velocidad a la cual el sistema se está moviendo puede depender de la altura de la plataforma con relación a la unidad de tracción. Cuando el asiento se eleva, las ganancias (discutidas más a la entrada dé velocidad del sistema pueden ser modificadas para producir una < respuesta más deseable a la información de la velocidad del sistema para evitar que el dispositivo de transporte, y finalmente el usuario, se vuelque. El controlador de las ruedas 1202 puede recibir también, del bloque de datos 1210, la velocidad actual con la cual cada una de las ruedas está girando. Esta velocidad puede ser expresada, en unidades crecientes o pueden basarse en la velocidad de rotación y ser representada como ?rueda. El controlador de las ruedas 1020 también puede recibir varias entradas de una entrada de usuario tal como una palanca de mando. Típicamente, esas entradas son expresadas como velocidades de ruedas deseadas contenidas en el bloque de datos 1212. La posición de la rueda deseada podría incluir, pero sin limitarse a, la dirección de desplazamiento y la velocidad de desplazamiento deseadas. El controlador de las ruedas 1202 también puede recibir una indicación de la posición actual de la rueda del bloque de datos 1214. La posición de la rueda deseada como la incorporada en el bloque 1212 puede ser comparada con la posición de la rueda actual por el controlador de las ruedas 1202 para determinar la diferencia de velocidad y la dirección con las cuales las ruedas deberán ser accionadas para responder a las órdenes introducidas por el usuario. La ?J .Í?????él.mU . información de la diferencia de dirección puede hacer que los diferentes motores conectados a las diferentes ruedas reciban diferentes voltajes de rueda V„ para hacer virar el dispositivo de transporte. El controlador de la unidad de tracción 1204 también puede recibir la inclinación del sistema de bloque 1206 y la velocidad del sistema del bloque 1208 que fue recibida por el controlador de las ruedas 1202. El controlador de la unidad de tracción 1204 también puede recibir una posición de la unidad de tracción del bloque de datos 1216. Esta posición de la unidad de tracción fue descrita como fc anteriormente. Nuevamente, el controlador de la unidad de tracción 1204 puede intentar hacer girar la unidad de tracción, de modo que el centro de gravedad se mantenga sobre la huella del dispositivo de transporte. El controlador de la unidad de tracción 1204 también puede recibir una velocidad de la unidad de tracción del bloque de datos 1218. La velocidad de la unidad de tracción puede ser expresada como la velocidad a la cual la unidad de tracción está girando alrededor de un eje de rotación que pasa horizontalmente a través de la unidad de tracción. La velocidad de la unidad de tracción puede ser la derivada con respecto a la posición de la unidad de tracción recibida desde el bloque de datos 1218. Tanto la posición como la velocidad pueden ser determinadas por sensores apropiados incluidos en el dispositivo de transporte. Los sensores apropiados pueden incluir, pero sin limitarse a, acelerómetros, sensores de velocidad y sensores que reporten la posición. Además, la unidad de control puede incluir un controlador de modo 1220. El controlador de modo 1220 puede controlar las transiciones de varios modos a otros modos. El controlador de modo 1220 puede ser un controlador separado o puede estar integrado en cualquiera o ambos del controlador de la rueda 1202 y el controlador de la unidad de tracción 1204. El controlador de modo 1220 puede ordenar un modo actual 122. El modo actual puede basarse en el modo seleccionado por el usuario recibido del bloque de datos 1224. El modo actual también puede especificar un submodo específico del modo mejorado del que el que el controlador de modo ha determinado deberá estar el dispositivo de transporte en base a cualquiera o todas las entradas recibidas por- el controlador de las ruedas 1202 y el controlador de tracción 1204. Además, el modo actual puede ser utilizado por la unidad de control 1200 para determinar las ganancias correctas a ser aplicados a los circuitos de control que pueden residir dentro de los controladores de la rueda y/o de tracción, 1202, y 1204 respectivamente, o cual arquitectura de control deberá ser seleccionada .
En una modalIcSÉi- los voltajes Vw y Vc calculados son utilizados para accionar* un motor eléctrico. Sin embargo, pueden ser utilizados otros tipos de dispositivo de accionamientos tales como dispositivo de . accionamientos hidráulicos, motores de combustión y similares. En tales modalidades, pueden ser calculadas otras señales de control diferentes a los voltajes y aplicadas a los dispositivos de accionamientos de acuerdo con las ecuaciones anteriores o ecuaciones similares que puedan tomar en cuenta varios parámetros de operación del dispositivo de accionamiento. En una modalidad en la cual son utilizados Vw y Vc para accionar un motor eléctrico, los voltajes pueden ser divididos por el voltaje de la batería para generar una orden de ciclo de trabajo para un amplificador conectado a cada uno de los motores de las ruedas y el motor de unidad de tracción. La Figura 12B es un diagrama de bloques de función de una unidad de control 1200. La unidad de control 1200 puede incluir un microprocesador 1250. El microprocesador 1200 puede estar ligado a y, en comunicación con un circuito de control de las ruedas 1252 y el circuito de control de la unidad de tracción 1254 vía el canal 1256. El 'microprocesador puede recibir entradas de varios sensores del circuito de control de las ruedas 1252 y el circuito de control de la unidad de tracción 1254 y determinar, de esas entradas, cualquiera de las cantidades descritas anteriormente con respecto a las Figuras 7A y 7B. Por ejemplo, el microprocesador puede determinar la velocidad de inclinación del dispositivo de transporte sobre la base de los datos 5 recibidos desde un sensor de velocidad en cualquiera o ambas de las ruedas y los circuitos de control de la unidad de tracción 1252 y 1254, respectivamente. Esas determinaciones pueden hacerse, por ejemplo, por medio de los programas y sistemas de programación o componentes físicos de computación 10 contenidos en el microprocesador 1250. Además, el microprocesador 1250 puede efectuar cálculos que determinen la ubicación del centro de gravedad, así como las orientaciones resultantes deseadas sobre la base de esto, descritas más adelante. 15 El microprocesador 1250 puede recibir energía de una fuente de energía 1258 (por ejemplo, una batería) . En algunas modalidades, el microprocesador 1250 puede determinar la cantidad de energía que el circuito de control de las ruedas y la unidad de control, 1252 y 1254, respectivamente, 20 pueden recibir dependiendo de, por ejemplo, el modo de operación actual del dispositivo de transporte. Además, las entradas del usuario pueden ser recibidas desde un bloque de entrada del usuario 1260. A esas entradas del usuario, como se discute más adelante, se les pueden dar varias cantidades 25 de consideración por medio de la unidad de' control 1200 d ndiendo del modo particular de operación en el que se encuentra el dispositivo de transporte. La Figura 13 es un circuito de control 1300 el cual incluye una unidad de control 1302. La unidad de control 1302 puede ser similar a la unidad de control 1200 de las Figuras 12A y 12B. En esta modalidad, la unidad de control 1302 recibe varias entradas y salida de voltajes de control de las ruedas y la unidad de tracción Vw y Vc, respectivamente. La unidad de control 1302 puede recibir entradas del usuario desde un bloque de datos de entrada del usuario 1304. Como se describió anteriormente, esas entradas del usuario pueden ser proporcionadas detectando la deflexión de una palanca de mando que sirve como un dispositivo de entrada del usuario. Además, la entrada del usuario puede representar la inclinación del usuario o una plataforma de apoyo como se describió anteriormente. La unidad de control 1302 también puede recibir información de retroalimentación de los motores de las redes 1306 y los motores de la unidad de tracción 1308. Sobre la base del modo de operación, y los valores de la entrada del usuario y la información recibida desde los motores de la rueda 1306 y los motores de la unidad de tracción 1308, la unidad de tracción 1-302 puede determinar los valores de V„ y Vc que a su vez hacen que los motores de las ruedas y los motores de la unidad de tracción, respectivamente, produzcan un cambio en las posiciones relativas de las ruedas y la unidad de tracción. En algunos modos, es deseable hacer que a las entradas del usuario se les de prioridad sobre el control de la corriente de los motores de las ruedas. Un ejemplo de tal modo es el modo estándar descrito anteriormente. En tal modo, la unidad de control 1302 proporciona alta sensibilidad, de acuerdo a lo seleccionado de la tabla de ganancia o la arquitectura de control específica, 1310, a las órdenes de entrada del usuario. De esta manera, el usuario puede tener mayor control del dispositivo de transporte. Sin embargo, en tal modo la estabilidad del dispositivo de transporte puede reducirse. En otros modos, puede ser deseable incrementar la estabilidad del dispositivo de transporte. En tal modo, las entradas del usuario se les da menor sensibilidad y a las rutinas de estabilización se les da mayor sensibilidad. De esta manera, el dispositivo de transporte puede volverse más estables sobre la base de los parámetros de control que pueden ser incorporados en cualesquier programas y sistemas de programación o componentes físicos de computación dentro de la unidad de Control 1310. La Figura 14 es un ejemplo de una tabla de ganancia 1400 que puede ser utilizada de acuerdo a aspectos de la presente invención. La tabla de ganancia 1400 puede ser para un dispositivo que tenga tres modos, modo 1 1402, modo 2 1404 ??iiirr rw' *'"'j*' m? ^ t-i-t*-""¡t""»-***-"-—r — -*-y modo 3 1406. Cada modo, en esta modalidad, puede incluir tres coeficientes de ganancia Ci, C2 y C3. Deberá notarse que la tabla de ganancia 1400 de la Figura 14 se da a manera de ejemplo únicamente que no refleja valores de ganancia preferidos. Es decir, que los valores y los modos mostrados en la Figura 14 no necesariamente reflejan los coeficientes preferidos para cada uno de los diferentes modos descritos aquí. Los coeficientes son utilizados por una unidad de control para, en algunas modalidades, incrementar o hacer disminuir los efectos de ciertas entradas. Por ejemplo, el coeficiente Ci puede ser multiplicado por un término de error de posición de un dispositivo de transporte para hacer variar el efecto que tiene el término de error de posición sobre la operación del dispositivo de transporte. En el ejemplo de la Figura 14, el coeficiente Ci puede corresponder a un coeficiente el cual es aplicado a la posición de la unidad de tracción de acuerdo a lo determinado por el valor recibido desde el motor de la unidad de tracción. El valor de C2 puede corresponder á un coeficiente el cual es aplicado al valor de la posición de las ruedas recibido desde los motores de las ruedas. El valor de C3 puede ser un coeficiente aplicado al vector de dirección recibido desde la entrada del usuario. La tabla de ganancia 1400, a mayor el valor asignado a un coeficiente particular mayor precedente que pueda recibir el sistema de control en la entrada a la cual se aplicó 'la ganancia. Por ejemplo, en el modo 1, el coeficiente de la unidad de tracción Ci sería un valor de 1. Tener un valor bajo, tal como 1 puede significar que en el modo 1 no se utilizó con mucho la posición de unidad de tracción para estabilizar el dispositivo de transporte. Al coeficiente C2 para el modo 1 se le dio un valor de 3. De este modo, las ruedas son una parte más activa en la estabilización el dispositivo de transporte que lo que fue la unidad de tracción. De manera similar para C3 del modo 1, se muestra un valor de 7. Este alto valor de C3 significa que el modo 1 es muy sensible a la entrada del usuario, de este modo, el modo 1 podría ser un modo que tiene poca estabilización, y que la estabilización ahí puede provenir de la rotación de las ruedas mientras la respuesta de la entrada del usuario sea muy semejante. El modo 1 podría por lo tanto ser un modo que es similar al modo estándar descrito anteriormente. De la misma manera, el modo 2 tiene una ganancia de la unidad de tracción de 0, una ganancia de rueda relativamente pequeña (C2=5) y C3 es un valor relativamente alto (C3=6) de modo que las entradas del usuario son seguidas estrechamente. Este modo también puede ser similar a un modo de equilibrio, donde las ruedas son principalmente 'sensibles al equilibrio del dispositivo de transporte y la unidad de tracción permanece en una posición fija. La respuesta de la ^«m***^*^ ^^ ~- m..m....^^. entrada del usuario C3 es menor que la del modo estándar (es decir, por ejemplo, el modo 1) para permitir que las ruedas estabilicen el dispositivo de transporte sin interferencia significativa con la entrada del usuario. Sin embargo, la entrada del usuario no se fija en cero debido a que puede ser deseable en un modo de equilibrio para permitir al usuario desplazarse a través de una superficie mientras las ruedas se están equilibrando y manteniendo el dispositivo de transporte en una posición sustancialmente vertical. El modo 3 tiene las ganancias de la unidad de tracción y las ruedas fijadas a niveles tales que la posición de la unidad de tracción y la posición de las ruedas estén relacionadas y pueden ser utilizadas para controlar automáticamente la estabilidad del dispositivo de 'transporte. La ganancia de la entrada del usuario C3 se reduce a un nivel muy pequeño, de modo que el usuario tenga aún algún control del dispositivo de transporte, pero la estabilización sea conducida de manera principal automáticamente por las unidades de tracción y las ruedas. Tal modo podría ser, por ejemplo, un modo mejorado cuando se ha determinado que el dispositivo de transporte es relativamente inestable. En tal modo, las unidades de tracción en la rueda se hacen girar de modo que el centro de gravedad del dispositivo de transporte se mantenga entre los puntos extremos de la unidad de tracción. i il l l I ll l I l il íi T IffÉllll i ili - ff-' -' » •^^f«i?¡iMfi Progrramación del Contr f Como se discutió anteriormente, con relación del modo mejorado puede cambiar entre varios modos. Una de las razones para cambiar de modos es intentar estabilizar el dispositivo de transporte humano. Cuando se transfiere entre submodos, la ganancia suministrada a los circuitos de control en la unidad de control puede ser cambiada o la arquitectura de control en si puede ser cambiada. Sin embargo, cambiar abruptamente las ganancias o la arquitectura puede afectar abruptamente la operación del dispositivo de transporte. Esto a su vez puede producir una rápida aceleración del centro de gravedad lo cual hará que el dispositivo de transporte se vuelva incómodo o aún inestable. Además, los cambios de control abruptos (ya sea ganancias o arquitecturas) pueden incrementar el desgaste del sistema. De este modo, existe la necesidad de algunos métodos de transferencia uniforme de modos. En sistemas y métodos descritos aquí para la transferencia uniforme entre modos son efectivos en el contexto del control de un dispositivo de transporte humano. Un experto en la técnica comprenderá que las enseñanzas relacionadas con las transiciones de modo uniformes no se limitan a la aplicación a dispositivos de transporte humano y pueden aplicarse a cualquier sistema multimodo que se transfiera entre modos. De este modo, la siguiente descripción se referirá a un * sistema" en lugar de un £4ag£bb^___ __^_£_^_Ü_^M__§_iáÉÍ dispositivo de transporte humano. En algunas modalidades, el sistema puede ser un sistema que incluye la retroalimentación de un dispositivo de control, sin embargo, la retroalimentación es necesaria para controlar la programación discutida aquí. Un método utilizado en el pasado para una transición uniforme de un modo a otro en otros contextos era hacer girar rápidamente las ganancias del modo horizontal hasta que las ganancias fueran iguales a las ganancias del nuevo modo. Supóngase por ejemplo, que la ganancia Ki tenía un valor de 4 en un primer modo de operación. El factor de ganancia Ki para el segundo modo puede ser, por ejemplo, 10. Para aplicar directamente este valor de ganancia puede provocarse una perturbación súbita del sistema para que cambie sus modos. Una perturbación súbita puede afectar la operación del sistema de hacer que el sistema áe vuelva inestable. De este modo, en la técnica anterior el valor de ganancia se hacía girar lentamente de 4 hasta 10 repetidamente incrementando el valor del factor de ganancia (por ejemplo, Ki) . Por ejemplo, al tiempo T0 el factor de ganancia puede ser de 4, al tiempo Tx el factor de ganancia puede ser de 5, al tiempo T2 el factor de ganancia puede ser de 6, y así sucesivamente hasta que el valor ' de ganancia alcance el valor final de 10.
Sin embargo, se ha descubierto que operar de esta manera puede requerir demasiado tiempo para que el valor de ganancia alcance el estado correcto para estabilizar la operación del sistema mientras responde aún en una manera conmensurable con el nuevo modo deseado. Además, el sistema puede cambiar el modo nuevamente antes de que la ganancia sea haya hecho girar rápidamente a nuevo valor. En tal caso, el sistema realmente nunca alcanza el nuevo modo de operación y permanece en un quasi modo, entre modos que pueden ser impredecibles . Esto puede conducir de manera impredecible a errores los cuales disminuyen la efectividad del sistema. Además, puede ser deseable filtrar las órdenes de control del sistema aún cuando el sistema no haya experimentado un cambio de modo. Por ejemplo, una discontinuidad de voltaje grande en una señal de control recibida desde un controlador de motor puede causar daño al motor que acciona el sistema. De este modo, en una modalidad, la orden de control de una unidad de control es filtrada antes de ser aplicada al dispositivo controlado. La filtración puede ser efectuada con, por ejemplo, por un dispositivo de filtración colocado entre la salida de una unidad de control y un dispositivo que sea controlado por la unidad de control. El dispositivo de filtración puede ser, por ejemplo, cualquier tipo de filtro que límite la velocidad en la cual la señal de control puede cambiar o una sumadora que sume ufe valor de compensación a la señal de control. La Figura 15 es un ejemplo de un sistema que puede ser implementado para filtrar una señal de control antes de que sea aplicada a un dispositivo controlado 1502. El sistema puede incluir una unidad de control 1504 la cual produce una señal de control. La señal de control es utilizada para controlar la operación del dispositivo controlado. La señal de control puede experimentar cambios de valor rápidos por un número de razones. Un ejemplo de un cambio rápido en la señal de control podría deberse al cambio del modo de operación del sistema. El dispositivo de filtración 1506 puede limitar la velocidad a la cual la señal de control que se aplicó últimamente al dispositivo de control 1502 (es decir, en la salida del dispositivo de filtración 1506) puede variar. El dispositivo de filtración 1506 puede ser, por ejemplo, pero no se limita a, un filtro, una sumadora que suma un valor de compensación (posiblemente el valor de desviación de decaimiento) a la señal de control, un circuito de control de histéresis, y similar. La Figura 16 es un diagrama de bloques de un método para filtrar una señal de control. El proceso comienza en el bloque 1600 donde el valor de la señal de control es determinado. La señal de control puede ser generada por una entrada del usuario, una salida de un circuito de control, un valor preestablecido y similares. El valor de la señal de control puede ser cualquier tipo de unidades tales como un voltaje, una corriente, una representación digital de un valor, una señal analógica y similares. 5 Después de que la señal de control ha sido determinada, se conduce un procesamiento de transición en el bloque 1602. El procesamiento de transición puede incluir, pero no se limita, a la filtración de la señal de control, suma de una desviación a la señal de control, determinación 10 de la velocidad de cambio de la señal de control, y determinación de si el sistema se ha transferido entre modos. En algunos casos, el procesamiento de transición debe incluir no hacer algo a la señal de control. Después de que la señal de control ha sido 15 procesada y se han hecho cualesquier modificaciones necesarias a la señal de control en el bloque 1602, la señal de control modificada es aplicada al sistema del dispositivo controlado. El sistema podría incluir un 'solo dispositivo controlado o varios dispositivos controlados. 20 En una modalidad, la presente invención puede incluir sistemas y métodos que se transfieran entre modos, de modo que la transición sea uniforme y de modo que la transición entre los modos sea casi instantánea. En una modalidad, esto puede lograrse instalando instantáneamente un 25 nuevo conjunto de coeficientes de ganancia en el sistema B«afa^ÍM^M|^^ Mt.Iy-i,_ü.,..1 .,..H,,M.*„1.1.ÉM.,'-| ,.».,-..,_y„.ayyJ_t.^,»,s..Ay&-,»-^ ,-i-ta...,.... utm.t.i mientras se permite que la diferencia entre la última señal de control aplicada al dispositivo controlado (es decir la señal de control modificada) cuando se utilizan los primeros coeficientes y la señal de control no modificada generada utilizando los nuevos coeficientes decaiga gradualmente con el tiempo. En otra modalidad, el sistema puede cambiar las arquitecturas de control cuando cambie el modo y permitir que la diferencia en las señales de control decaiga. Como puede decaer la desviación (diferencia) y sumarse a la señal de control se describe con mayor detalle más adelante. La Figura 17A muestra un diagrama de bloques de un circuito de control 1700 configurado para efectuar operaciones de programación de ganancia para la transferencia uniforme entre modos. El circuito de control 1700 incluye una unidad de control 1702 la cual es parte de un circuito de retroalimentación. La unidad de control 1702 puede recibir entradas del usuario del bloque de datos 1710. Sin embargo, la unidad de control no necesita recibir entradas del usuario y podría ser totalmente autorregulable. La unidad de control también puede recibir características de operación actuales del receptor de la señal de control 1712. El receptor de la señal de control 1712 puede ser cualquier dispositivo que responda a una señal de entrada. Por ejemplo, el receptor de la señal de control 1712 puede ser un motor eléctrico que gire dependiendo del nivel de un voltaje de control de »^MMi¡y entrada. En esta caso, la señal de control sería un montaje de control. La unidad de control 1700 puede incluir coeficientes de ganancia 1704 para un primer modo de operación y coeficientes de ganancia 1706 para " un segundo modo de operación. Esos coeficientes pueden ser almacenados en una sola capa de ganancia o pueden existir en sus propias tablas individuales. Los coeficientes pueden ser almacenados en cualquier medio legible por computadora tal como un disco flexible, ROM, RAM y similar. Sobre la base del modo operación actual, de acuerdo a lo representado en el bloque de datos de modo actual 1714, un selector 1708 puede elegir si aplica los coeficientes para el primer modo 1704 o los coeficientes para el segundo modo 1706. El selector 1708 selecciona los coeficientes correctos y los aplica como los coeficientes de control-' 1716" para la unidad de control 1702. Los coeficientes de control pueden, por ejemplo, representar un coeficiente de ganancia de modo actual a ser aplicado a la operación de un dispositivo de transporte humano. De manera más particular, los coeficientes de control pueden ser aplicados a varios valores de entrada recibidos de un usuario o del receptor de la señal de control 1712. Los coeficientes de control pueden ser utilizados por un sistema de control 1718 de la unidad de control 1702. El . rfeap-a .. ,_J«ii_8i^-M-,j..^^^ subsistema de control 1718 puede incluir varios circuitos de control los cuales aplican los coeficientes de* control 1716 a las diferentes entradas para producir una señal de control. Por ejemplo, el subsistema de control 1718 podría incluir los 5 controladores de la unidad de tracción y las ruedas descritos anteriormente . El sistema también puede recibir un valor de compensación del bloque de datos de desviación 1720. El valor de la desviación puede ser la diferencia entre el valor de la 10 última orden de control que se aplicó al receptor de señal de control 1712 (es decir, la última señal de control filtrada) inmediatamente antes de los modos cambiados del sistema y una señal de control que es producida inmediatamente después de que los coeficientes de control han cambiados. El valor de 15 compensación es recibido por un dispositivo de filtración 1722 que suma repetidamente la señal de control actual a una versión decadente del valor recibido del bloque de datos de desviación 1720. Por ejemplo, si la señal de control filtrada tiene un valor de 100 inmediatamente antes de que el sistema 20 se transfiera de modo y un valor de la señal de control es 10 inmediatamente después de que el sistema sea transferido de modo, se suma un valor de 90 a la señal de control en el primer pase a través del circuito de control 1700 después de que el sistema ha sido transferido de modo. Este valor decae 25 entonces una cierta cantidad y se suma ganancia a la señal de control en el siguiente pase a través del circuito de control 1700. Esto puede repetirse hasta que el valor de desviación haya decaído de modo que sea relativamente cercano a cero. Deberá notarse que el valor de desviación puede ser un número positivo o negativo dependiendo de los valores de la señal de control de entrada filtrada durante el primer modo y la nueva señal de control producida al inicio del segundo modo. La Figura 17 muestra un diagrama de bloques de otro sistema de control que puede transitar uniformemente entre modos. En esta modalidad, un primer modo tiene una primera arquitectura de control 1750 y un segundo modo tiene una segunda arquitectura de control 1752. Cada arquitectura de control puede crear diferentes señales de control que controlarán el sistema de diferente manera. Las entradas (1754) del receptor de la señal de control (no mostradas) son aplicadas a ambas arquitecturas de control. El conmutador 1756, sobre la base del modo actual, selecciona cualquiera de la primera o segunda arquitecturas que controlarán el sistema. En una forma similar a la descrita anteriormente, el dispositivo de filtración 1758, suma una desviación decadente para proporcionar una señal de control filtrada o uniforme al receptor de la señal de control (no mostrada) . Como se describió anteriormente, las técnicas de programación del controlador permiten la transición uniforme entre modos de control. La descripción anterior se dio con varias referencias a la operación de un dispositivo de transporte. Sin embargo, como se comprenderá las enseñanzas con respecto a la programación de control pueden ser aplicables a cualquier sistema de control. Por ejemplo, este tipo de programación del controlado puede ser utilizado cuando se controlen transiciones de modo en un aeroplano, un helicóptero, un motor eléctrico, un motor hidráulico, un motor de combustión, o un motor de churro. La Figura 18 es un diagrama de flujo de un proceso de programación de control que puede ser implementado en un sistema de retroalimentación para controlar un sistema. El proceso comienza en el bloque de decisión 1802, donde se determina si el modo del sistema ha cambiado desde el último pase a través del proceso. Si el modo ha cambiado, entonces es determinado un valor de desviación en el bloque 1804. Como se discutió anteriormente, el valor de compensación puede ser igual al valor de la última señal de control pasada al receptor de la señal de control (Figura 17) menos la primera señal de control producida después de cambiar los modos. Sin embargo, el proceso no necesariamente tiene que utilizar la primera señal de control producida en el nuevo modo y puede utilizar una señal una señal de control producida en algún momento cercano a la transferencia de modo. Después de haber determinado un valor de compensación, se agrega un valor de compensación decadente a la señal de control eh el bloque 1806. Varios métodos de producir^ na desviación decadente se discuten más adelante. En el bloque 1808, el valor de la señal de control de salida es almacenado para utilizarse posteriormente. El 5 procesamiento regresa entonces al bloque 1802. Si en el bloque 1802 se determina que un modo no ha cambiado, entonces se determina en el bloque de decisión 1810 si actualmente existe una decadencia de la desviación. Si una desviación está decayendo, es preferible sumar la desviación 10 decadente a la señal de control en el bloque 1806. Si, sin embargo, una desviación no está decayendo, el proceso continúa en el bloque 1808. Como se comprendería, puede ser no necesario determinar si o no está decayendo una desviación. En ese caso, el bloque de decisión 1810 puede ser 15 omitido y si se determina en el bloque 1802 que el modo no ha cambiado, el procesamiento pasa directamente al bloque 1806. Pueden existir varias formas diferentes en las cuales puede decaer un valor de desviación. Por ejemplo, el valor de la desviación puede ser multiplicado por un factor 20 el cual hace que decaiga (por ejemplo, un valor menor de uno) . Esto produce un nuevo valor de compensación el cual es menor que el valor de compensación anterior. Este' valor de compensación menor es actualizado para ser el valor de compensación actual y es pasado al dispositivo de filtración 25 para ser sumado a la siguiente señal de control. De manera alternativa, la desviación podría hacerse decaer repetidamente sustrayendo un valor fijo de la desviación. La Figura 19 muestra varias señales que puedan existir en varios lugares en las Figuras 17A y 17B. La señal 1902 representa una posible señal de control producida por una unidad de control. Al tiempo t0 de control está en un valor de yi. A ti, la señal de control cambia "abruptamente de los valores de yi a y2. Este cambio puede ser causado por una transferencia de modo en el sistema. La señal 1904 representa el valor de compensación decadente que puede ser sumado a la señal de control 1902. En t0 el valor de compensación es sustancialmente igual a 0. Al momento ti el valor de la desviación se eleva a un nivel igual a yi - y2. Es decir, por supuesto, asumiendo que yi es igual al valor que se aplicó al sistema ti. El valor de compensación decae con el tiempo hasta sustancialmente 0 al tiempo t4. La señal 1906 representa el valor de la señal de control filtrada que es aplicada al sistema (es decir la señal de control filtrada) . El valor de la señal 1906 es igual a la señal 1902 más el valor de' la señal 1904. La señal 1906 decae de manera similar a la señal 1904 hasta el tiempo t2 cuando la señal de control comienza a elevarse. Debido a la elevación de la señal de control 1902, la 'señal 1906 también puede elevarse. En el tiempo t3 cuando la señal de control 1902 comienza a aplanarse, la señal de salida ._^f._^,A,á_-alt|ijií¡a mto¡tt^^ ¿, ¡j ?t¡ aaj^m??i?Éfe filtrada 1906 comienza nuevamente a seguir el decaimiento de la señal desviada 1904 hasta el tiempo t4, cuando la señal desviada decadente 1904 ha decaído sustancialmente hasta cero. Al tiempo t4 la señal de control 1902 y la señal de salida filtrada 1906 son sustancialmente las mismas de acuerdo a lo indicado por el tiempo 1908.
Operación del Sistema Las Figuras 20 y 21 muestran circuitos de control ejemplares para controlar la posición de la unidad de tracción y las ruedas de un dispositivo de transportes. Esos circuitos de control ejemplares pueden ser utilizados para estabilizar el dispositivo de transporte humano. Como se comprenderá fácilmente, los circuitos de control pueden ser integrados en un solo circuito de control que produzca órdenes de control para la unidad de tracción y las ruedas. Además, varias porciones de esos circuitos de control pueden ser omitidas y pueden ser agregadas otras porciones dependiendo de las capacidades funcionales del dispositivo de transporte. Además, un experto en la técnica comprenderá que pueden ser implementados varios bloques de control discutidos con relación a las Figuras 20 y 21 en cualesquier componentes físicos de computación, programas y sistemas de programación o una combinación de ambos .
Refiriéndose ahora a la Figura 20, el circuito de control de la rueda 2000 incluye un subcircuito de control del sistema 2002, un subcircuito de control de las ruedas 2004, un subcircuito de control de inclinación 2006, y un subcircuito de control de verificación de la velocidad de la unidad de tracción 2008. El circuito de control de la Figura 20 se da con referencia a una sola rueda. Específicamente, el circuito de control puede operar una rueda derecha del dispositivo de transporte. En algunas modalidades puede existir un controlador por cada rueda de -dispositivo de transporte. Sin embargo, podría ser utilizado un solo circuito de control para controlar todas las ruedas. El subcircuito de control de sistema 2002, basado en los valores relacionados con el sistema de -referencia y los valores relacionados con el sistema actual genera señales que intentan estabilizar el sistema controlando la rotación de las ruedas. Por ejemplo, si el sistema se está inclinando hacia delante debido a que el dispositivo de transporte ha caído de una acera, el subcircuito de control del sistema 2002 puede hacer que los motores de las ruedas accionen las ruedas hacia delante a una velocidad mayor para mantener el centro de gravedad sobre la huella del dispositivo de transporte. El subcircuito de control de las ruedas 2004 puede ser utilizado para intentar igualar el funcionamiento del transporte a las entradas deseadas por el usuario. Es decir, que el subcircuito de control de las ruedas 2004 puede hacer que las ruedas sigan estrechamente las entradas del usuario. Además, la posición de las ruedas puede ser importante cuando el modo de equilibrio de las ruedas y el modo de equilibrio donde la estabilización primaria proviene de las ruedas. Por lo tanto, el subcircuito de control de las ruedas puede ser desconectado de las entradas del usuario 2010 cuando el sistema esté en el modo de equilibrio de las ruedas. El subcircuito de control de inclinación 2006 puede ser implementado para asegurar que el dispositivo de transporte pueda virar. Sobre la base de las diferentes velocidades de los motores de las ruedas y las entradas del usuario, el subcircuito de control de inclinación 2006 puede producir una señal de control que produzca diferentes voltajes de control de las ruedas a ser aplicados a cada uno de los motores de las ruedas. El circuito de control de verificación de la velocidad de la unidad de tracción 2008 utiliza información acerca del estado cinemático de la unidad de tracción para afectar la operación de las ruedas. Si una rueda de la unidad de tracción comienza a elevarse del suelo, L2(cosfc) (bloque 2078) por una velocidad de la unidad de tracción filtrada por paso bajo (bloque 2080) es menor que cero. En este ejemplo, el subcircuito de control de velocidad de la unidad de tracción 2008 creará una señal que hace que las ruedas se aceleren para mantener el centro de gravedad sobre la rueda. L2 es la distancia desde el eje de la rueda hasta el punto de giro de la unidad de tracción. El circuito de control de las ruedas 2000 puede recibir la mayoría de las entradas del usuario 2010 del usuario del dispositivo de transporte. Esas entradas del usuario pueden ser recibidas, por ejemplo, desde una palanca de mando. Las entradas del usuario 2010 pueden incluir una velocidad ANTERIOR/POSTERIOR comandada 2012 y una velocidad de INCLINACIÓN 2014. Ambas de la velocidad ANTERIOR/POSTERIOR comandadas 2012 y la velocidad de INCLINACIÓN 2014 pueden ser desconectadas por los conmutadores 2016 y 2108, respectivamente, cuando el dispositivo de transporte esté corrigiendo la inclinación del dispositivo o esté en el submodo de equilibrio de las ruedas. La razón por la que los conmutadores 2016 y 2018 pueden ser apagados durante la corrección de la inclinación y el modo de equilibrio de la rueda es que en cualquier caso, estabilizar el dispositivo se vuelve más importante que responder a las órdenes introducidas por el usuario. Por ejemplo, el modelo simplificado del dispositivo de transporte en el modo mejorado con un conjunto de ruedas lejos del suelo (véase por ejemplo, FIGURA 7A) da una relación para la aceleración de inclinación como función de _,_i.a_. las torsiones de la unidad de tracción y las ruedas tc y t„, respectivamente, donde: J?i" = (1- (Lisen?i) / (L2cosfc) )tc- ( (L2cos (??-fc) / (rwcosfc) + (L2sen??) / (L?senfc) ) tw donde L2 es la distancia del eje de la rueda al punto de giro de la unidad de tracción y rw es el radio de las ruedas.
El coeficiente en la parte frontal de la torsión tc de la unidad de tracción da una nueva indicación como la unidad de tracción puede afectar a la inclinación. A más el transporte se incline lejos de la rueda de equilibrio más efectiva será la unidad de tracción para corregir la inclinación. En contraste, si el centro de gravedad está cerca de estar sobre la rueda trasera, Lisen?i * L2cosfc, y el coeficiente de tracción de la unidad se aproxima a cero. Un criterio para introducir el controlador en el balance de las ruedas es el coeficiente de torsión de la unidad de tracción. Cuando este coeficiente es pequeño, las ruedas PD y las ruedas POC no serán tan efectivas como el controlador de equilibrio de las ruedas que utiliza las ruedas como medios principales para afectar la inclinación. También existe la condición adicional que el ángulo de la unidad de tracción debe ser suficientemente alto, de modo que exista " una alta probabilidad de que únicamente un juego de ruedas e'sté sobre el suelo. De este modo, los medios principales para equilibrar el dispositivo de transporte son las ruedas. Por lo tanto, el circuito de control no desea considerar las órdenes de entrada del usuario debido a que, si lo hiciera, el dispositivo de transporte puede no ser tan efectivo para estabilizar el dispositivo de transporte. Regresando de nuevo a la Figura 20, cuando no se corrige la inclinación en el equilibrio de las ruedas, la orden de velocidad ANTERIOR/POSTERIOR 2016 es pasada a través de un limitador del giro de velocidad 2020, • el cual puede limitar la cantidad de velocidad hacia delante. Por ejemplo, puede desearse que la velocidad sea reducida cuando la plataforma es alta. La orden de velocidad ANTERIOR/POSTERIOR 2012 puede ser asumida, en la sumadora 2022, con la velocidad de INCLINACIÓN 2012 para determinar una velocidad deseada por cada rueda. Esta velocidad de rueda deseada es utilizada por el subsistema de control de las ruedas 2004 para determinar el error de velocidad de las ruedas, el arreglo de posición de las ruedas y una entrada adelantada de la alimentación de la velocidad de las ruedas. Para determinar el error de velocidad de las ruedas, la salida de la sumadora 2022 es combinada con la velocidad actual de las ruedas en la sumadora 2024. El error de velocidad de las ruedas puede ser pasada a través de una función para limitar errores 2026 la _.i_ __,___ ' -í'Jt - f>*-A c?..--.--.-&»-,.»».. | „..,_-,.y..„t, .^J^t^¿_,M?^t|tM1|^?y1||[M^tt>^--- --J..--L _______-l -«..-., cual es entonces filtrada por paso bajo por el filtro 2028. La salida del error de velocidad de las ruedas filtrado por paso bajo es entonces multiplicada por una constante de ganancia del error de velocidad de las ruedas 2030 para producir una porción de la orden de las ruedas. Para determinar el error de posición de las ruedas, la salida de la sumadora 2024 es integrada por el integrador 2032 y pasada a través de un limitador de rueda 2034. El error de posición es multiplicado por la ganancia 2036 para crear una porción de la orden o instrucción total de las ruedas. El valor adelantado de la limitación de velocidad de las ruedas puede ser determinado pasando' el valor de la velocidad deseado (salida de la sumadora 2022) a través del filtro de bajo paso 2038 y multiplicando el valor de ganancia adelantado de la limitación de la velocidad de las ruedas 2040. La alimentación así adelantada de una velocidad de las ruedas permite al sistema de control, en esencia, anticipar el voltaje del motor requerido para la velocidad ordenada sin tener que tratar con una velocidad en estado estacionario grande o señales de error de posición. Cada una de las señales de error creadas en el circuito de subcontrol de las ruedas 2004 pueden ser proporcionadas a las sumadora 2042 para ser sumadas a todas las otras determinaciones de error las cuales a su vez serán utilizadas para crear el voltaje de las ruedas Vw. El circuito de control de las ruedas 200 también puede incluir un circuito de subcontrol relacionado con el parámetro de inclinación del sistema 2002 el cual produce un error de inclinación del sistema y un error de velocidad de inclinación. El error de inclinación del sistema se crea comparando la inclinación del sistema actual con una inclinación del sistema deseada en la sumadora 2046. La inclinación del sistema deseada puede ser estimada sobre la base de los parámetros del dispositivo de transporte. En una modalidad, la inclinación del sistema deseada 2044 es la inclinación del sistema que colocaría el centro de gravedad directamente sobre el punto central de la unidad de tracción. Esta inclinación del sistema deseada puede basarse en la indicación del centro de gravedad de acuerdo a lo determinado por la descripción siguiente. La diferencia entre la inclinación del sistema deseado y la inclinación del sistema actual puede ser filtrada por el filtro de paso bajo 2048 y multiplicada por la ganancia de inclinación del sistema 2050 para determinar otra porción de la orden de las ruedas. El error de velocidad de inclinación puede ser determinado comparando la velocidad de inclinación actual con una velocidad de inclinación deseada 2052 en la sumadora 2054. En una modalidad, la velocidad de inclinación es igual a cero, indicando esto que el dispositivo de transporte está completamente estabilizado. La diferencia entre la inclinación del sistema actual y la velocidad dé inclinación deseada es filtrada por el filtro de paso bajo" 2056 y multiplicada por la ganancia de la velocidad de inclinación 2058 para producir otra porción de la orden de las ruedas. Tanto la inclinación del sistema como el error de velocidad de inclinación son proporcionados a la sumadora 2042. La velocidad de INCLINACIÓN ordenada 2018 puede ser proporcionada al circuito de subcontrol de INCLINACIÓN 2006 para controlar las señales de errores de inclinación para los dispositivos de transporte. En el subcircuito de control de velocidad de INCLINACIÓN 2006, puede ser determinado un error de velocidad de INCLINACIÓN y un error de posición de INCLINACIÓN. La señal de control de velocidad de INCLINACIÓN es determinada pasando la diferencia entre la velocidad de INCLINACIÓN ordenada 2018 y la velocidad de INCLINACIÓN actual (de acuerdo a lo determinado por la sumadora 2060) a través de un limitador 2062, y el filtro de paso bajo 2064, y multiplicando la salida del filtro de paso bajo 2064 con una ganancia de velocidad de INCLINACIÓN 2066. De manera' similar, al diferencia entre la velocidad de INCLINACIÓN ordenada 2018 y la velocidad de INCLINACIÓN actual puede ser pasada a través del integrador 2068 y limitada por el limitador 2070. La señal limitada puede ser multiplicada por una ganancia de posición de INCLINACIÓN 2072 para producir la orden de posición de INCLINACIÓN. Tanto la orden de velocidad de INCLINACIÓN como la orden de posición de INCLINACIÓN son proporcionadas a la sumadora 2042. El controlador de las ruedas 200 también puede incluir un subcircuito de control de verificación de la velocidad de la unidad de tracción 2008 que puede ser apagado si fc por una velocidad de la unidad de tracción filtrada por paso bajo (el producto de los bloques 2078 y 2080 de acuerdo a lo determinado por el bloque 2082) es menor que cero por el conmutador 2076. Todas las porciones de las órdenes, de las ruedas son sumadas juntas en el bloque 2042 para crear un voltaje de control de las ruedas Vw. Como se discutió anteriormente, este voltaje puede ser filtrado por un dispositivo de filtración 2086 para crear una señal de control de voltaje filtrada Vws. La desviación del filtro decadente 2088 es pasado a través del filtro de paso bajo 2090 y sumada a Vw en el dispositivo de filtración 2086 para producir VW3 como se describió anteriormente. Vws es pasado a la planta 2092. La planta puede incluir tanto los motores de las ruedas como los motores de la unidad de tracción y pueden producir la inclinación del sistema actual y la velocidad de inclinación actual, la velocidad de la rueda derecha, la velocidad de la rueda izquierda, la posición de la unidad de tracción y la velocidad de la unidad de tracción, entre otras cosas. La Figura 21 es un ejemplo de un circuito de control de la unidad de tracción 2100. De manera similar al circuito de control de las ruedas, el circuito de control de la unidad de tracción 2100 puede incluir un circuito de subcontrol relacionado con el sistema 2102, el cual produce un error de inclinación del sistema y un error de velocidad de inclinación. Este circuito de subcontrol relacionado con el sistema 2102 puede ser el mismo circuito de control como se describió anteriormente o puede ser un circuito de control separado mantenido en el circuito de control de la unidad de tracción 2100. Además, el circuito de control de la unidad de tracción puede incluir un subcircuito de posición de la unidad de tracción máxima. Este subcircuito recibe un valor de fc.ángulo de detención el cual es el ángulo de la unidad de tracción máximo permisible en el modo mejorado. Si la unidad de tracción está en un ángulo mayor que fc.ánguio de detención, entonces el .controlador de la posición de la unidad de tracción es desconectado por el conmutador 2106. Si el conmutador 2106 se abre, la posición de la unidad de tracción actual es sustraída de fc.ángulo d detención en la sumadora 2108. La salida de la sumadora 2108 (error de posición de la unidad de tracción) puede entonces ser multiplicada por la ganancia de ^.^...^ .?.^^^^jgg^jglitjj posición de la unidad de tracción 2110 para determinar una porción de la orden de la posición de la unidad' de tracción. El circuito de control de la unidad de tracción 2100 también puede incluir un circuito de 'subcontrol de velocidad de la unidad de tracción 2112 que produce un error de velocidad de la unidad de tracción. En el circuito de subcontrol de la unidad de tracción 2112, la velocidad de la unidad de tracción actual puede ser sustraída de la velocidad de la unidad de tracción deseada 2114 por la sumadora 2116. La velocidad de la unidad de tracción deseada, en una modalidad, puede fijarse en cero. La salida de la sumadora 2116 puede ser pasada a través de un filtro de paso bajo 2118 y multiplicada por una ganancia de velocidad de la unidad de tracción 2120 y proporcionada a la sumadora 2122. La salida de la sumadora 2112 puede ser filtrada, como se describió anteriormente, por un dispositivo de filtración 2122, para crear una señal proporcionada a la planta Vcs.
Ejemplos de Uso del Modo Mejorado En una modalidad, el modo mejorado puede ser diseñado para ser utilizado sobre terrenos irregulares. En esta modalidad, el dispositivo de transporte puede utilizar cuatro ruedas en el contacto con el suelo, todas las cuales pueden ser motorizadas, para incrementar la tracción en el plano ANTERIOR/POSTERIOR. Seguirán los ejemplos de cómo un dispositivo de transporte opera en un ejemplo mejorado.
Superficies de Desplazamiento Debido a que las unidades de tracción y las ruedas pueden ser utilizadas para estabilizar el dispositivo de transporte en el modo mejorado, el modo mejorado puede trabajar bien sobre superficies rugosas e irregulares. En una modalidad, las cuatro ruedas pueden ser accionadas por motores separados y, en tal modalidad, el dispositivo de transporte también puede ser capaz de tratar con superficies resbalosas. Por ejemplo, si la velocidad de la rueda de una de las ruedas se incrementa en gran medida, la unidad de control puede reducir la cantidad proporcionada a esa rueda hasta que la velocidad de la rueda se vuelva similar a la velocidad de las otras ruedas.
Obstáculos En algunas modalidades, el modo mejorado puede permitir que el dispositivo de transporte atraviese obstáculos, tales como una acera o una roca. Por ejemplo, cuando se atreviese una acera, el usuario puede dirigir el dispositivo de transporte (a través de una entrada del usuario) al contacto con una acera. El usuario continúa dirigiendo el dispositivo de transporte hacia adelante aún guando las ruedas estén en contacto con la acera, lo cual a su vez, hace que el término de error de posición de la rueda (véase la Figura 20) se incremente. Cuando el término de error se incrementa, la torsión aplicada a las ruedas puede hacer que las ruedas frontales se conduzcan hacia arriba y sobre la acera. Cuando las ruedas delanteras suben la acera, la unidad de tracción gira para mantener la inclinación del sistema cerca de cero. Dependiendo de que tan rápido se conduzca la operación anterior, la unidad de control puede cambiar entre el modo de ruedas PD y el modo de ruedas POC (dependiendo de la velocidad a la que esté girando la unidad de tracción) . Para poner las ruedas traseras' sobre la acera, el usuario continúa conduciendo hacia adelante y hace que la unidad de tracción gire en la dirección opuesta. En una modalidad, trepar por una acera de seis pulgadas (15.24 cm) (por ejemplo), puede hacer que el dispositivo de transporte cambie al modo de equilibrio de las ruedas a medida que gire la unidad de tracción. Cuando ocurre la transferencia, las ruedas pueden ser conducidas nuevamente lejos de la acera para estabilizar el dispositivo de transporte. Esta puede ser una forma efectiva de alertar al usuario de que la acera que está siendo atravesada pueda ser demasiado grande y deberá evitarse. Para bajar de una acera, el usuario simplemente dirige el dispositivo de transporte fuera de la acera. Si lo hace lentamente, el dispositivo de transporte puede permanecer en el modo de ruedas PD. Si el usuario conduce fuera de la acera a una velocidad mayor, la rotación de la unidad de tracción puede ser suficientemente grande para hacer que el dispositivo de transporte se transfiera al modo de ruedas POC, al menos hasta que las cuatro ruedas estén sobre el suelo nuevamente. Una caída rápida de la acera puede crear una rotación de la unidad de tracción que es suficientemente grande para hacer que el dispositivo de transporte entre al modo de equilibrio de las ruedas. El dispositivo de transporte toma entonces el control total de sí mismo (es decir, que desecha las órdenes de entrada del usuario) para accionar las ruedas suficientemente hacia adelante, de modo que el centro de gravedad se encuentre sobre la huella del dispositivo.
Estimación del Centro de Gravedad De vez en vez en la descripción anterior, se ha hecho referencia a la ubicación del centro de gravedad. En algunas modalidades, el dispositivo de transporte puede estimar la ubicación del centro de gravedad directamente. En otras modalidades, el dispositivo de transporte puede utilizar orientaciones de componentes deseadas que puedan basarse en un estimado de la ubicación del centro de gravedad. Por ejemplo, en la Figura 20, la inclinación deseada (por ejemplo, bloque 2044) que fue comparada con la inclinación del sistema actual (en el bloque 2046) es una inclinación del sistema que puede basarse en una estimación de la ubicación del centro de gravedad. Es decir, que la inclinación deseada puede ser una inclinación del sistema que se sabe coloca el centro de gravedad sobre la huella del dispositivo de transporte cuando ciertos componentes del dispositivo de transporte están en cierta orientación. La siguiente descripción detallará cómo un centro de gravedad de un dispositivo puede ser ' estimado para determinar orientaciones deseadas de los componentes de un dispositivo. Aunque el centro de gravedad puede ser referido en el contexto de un dispositivo de transporte humano, será fácilmente evidente que las enseñanzas de la presente relacionadas con la estimación de la ubicación del centro de gravedad no se limitan a estimar el centro de gravedad de un dispositivo de transporte. Por lo tanto, la siguiente descripción, además de referirse a dispositivos de transporte humano, se referirá a cualquier dispositivo doi?de puedan ser necesarias estimaciones del centro de gravedad. Tales dispositivos serán referidos como sistemas en la siguiente descripción. La Figura 22A muestra un ejemplo de un circuito de control en el cual puede ser utilizada la estimación de un centro de gravedad. El circuito de control 2200 incluye un generador de señales de control 2202 y un dispositivo 2204 que tiene varios componentes. El generador de señales de control 2202 genera una señal de control la cual puede hacer que los dispositivos de accionamiento (no mostrados) contenidos en el dispositivo 2204 hagan variar la orientación de los diferentes componentes del dispositivo 2204. El generador de señales de control 2202 puede ser incluido en uno de los componentes del dispositivo 2204. Sin embargo, el generador de señales de control 2202 se muestra como un bloque separado para facilitar la explicación y demostrar claramente que el generador de señales de control 2202 proporciona una señal de control a al menos un dispositivo de accionamiento del dispositivo 2204 para mover la orientación de uno de los componentes. El generador de señales de control 2202 puede ser similar a la unidad de control (caja de conexiones electrónicas) de un dispositivo ' de transporte descrito anteriormente. Una entrada al generador de señales de control 2202 es una diferencia (o desviación) entre una orientación actual de uno de los componentes y una orientación deseada 2206. La desviación y la salida de la sumadora 2208, la cual puede sustraer la orientación actual de la orientación deseada 2206 para crear el valor de compensación. El generador de la señal de control 2202 recibe el valor de compensación,' y sobre la base del valor de la desviación y compensación, crea una .ff».rjrtMHf***1|t>| ^«fc*-*-**»---...-»., ?^lu^^I ?^ ^^*tA^ ^?MI*J?íí señal de control la cual hace que el dispositivo emplee la orientación de los componentes para reducir la desviación o compensación. La Figura 22B es un diagrama de bloques de un sistema el cual puede crear un valor que representa una orientación deseada de un componente de un sistema. El determinador de la orientación deseada 2212 recibe varias entradas y crea una orientación deseada de un componente con una salida. La orientación deseada puede variar dependiendo del modo de operación (bloque de datos 2213)' del sistema que está siendo controlado. En una modalidad, la orientación deseada puede ser igual a una orientación de un componente que es conocida (o calculada) para colocar el sistema en un estado equilibrado. Esta información puede estar contenida en el conjunto de datos 2214. El conjunto de datos puede ser referido holgadamente como una estimación de la ubicación del centro de gravedad. Es decir, que cuando ciertos componentes del dispositivo están en ciertas orientaciones, puede asumirse que el centro de gravedad del dispositivo se encuentra en un lugar específico. Esto es equivalente a una estimación de la posición del centro de gravedad. Como este conjunto de datos 2214 puede ser creado se discute más adelante. El determinador de la posición deseada 2212 también recibe el modo actual 2213 del sistema. En algunos sistemas, pueden existir modos de operación diferentes, los cuales pueden utilizar la estimación del centro de gravedad de diferentes maneras. Por ejemplo, el dispositivo podría ser un dispositivo de transporte humano que pueda autoestabilizarse para evitar que un usuario caiga del dispositivo de transporte. En tales sistemas, puede ser utilizada una estimación de la ubicación del centro de gravedad para controlar el dispositivo de transporte, de modo que el dispositivo de transporte sea equilibrado. Con referencia nuevamente a la Figura 20, la estimación del centro de gravedad puede ser utilizada para determinar la inclinación del sistema deseado en el bloque 2046. Como este estimado es determinado y utilizado se discute más adelante. : La Figura 23 es un ejemplo de un dispositivo de transporte que tiene un centro de gravedad 2304 desplazado sobre una rueda trasera 2202. La ubicación del centro de gravedad 2304 puede ser una cantidad estimada que represente la ubicación del centro de gravedad de un sistema completo que incluya al dispositivo de transporte, un usuario y cualquier otra carga que pueda ser portada por el usuario o colocada sobre el dispositivo de transporte. El centro de gravedad 2304 puede ser localizado por la coordenada ?3 con relación a la caja de conexiones electrónicas 2305, así como la longitud Li con relación al eje de la unidad de tracción 2306. En algunas modalidades, el ángulo ?3 puede ser la única variable utilizada. En otras modalidades, puede utilizarse tanto ?3 como Li para estimar la ubicación del centro de gravedad. Como se discutió anteriormente, la caja de 5 conexiones electrónicas 2305 (unidad de control) puede incluir varios sensores, tales como sensores de inclinación, que pueden medir la orientación de la unidad de tracción 2308 y la caja de conexiones electrónicas 2305. Además, la orientación de la unidad de tracción 2308 puede ser 10 determinada integrando una salida a un sensor de velocidad de la unidad de tracción localizado sobre la unidad de tracción O en la caja de conexiones electrónicas 2305 o reportada por el motor de la unidad de tracción. El dispositivo de transporte puede incluir un 15 miembro en contacto con el suelo 2302 (en esta modalidad, una rueda) que tiene un punto central 2310. Cuando él centro de gravedad 2304 se localiza encima del punto central 2310 (o cualquier otro punto sobre el miembro en contacto con el suelo que proporciona estabilidad) el dispositivo de 20 transporte es equilibrado. En la Figura 23, los ángulos son medidos de modo que a una flecha que represente el ángulo que apunta en la dirección de las manecillas del reloj se le puede dar un valor positivo. Por ejemplo, a la posición de la unidad de tracción con relación a la caja de conexiones electrónicas ?c se le puede asignar un valor positivo. El ángulo ?3 es el ángulo entre i y la caja de conexiones electrónicas 2305. La caja de conexiones electrónicas 2305 puede contener sensores de inclinación que determinan la orientación de varios componentes del dispositivo de transporte. Esos sensores de inclinación medirán el ángulo de conexiones electrónicas con relación a la horizontal ?e, directamente. Un controlador (no mostrado) puede verificar el ángulo de la unidad de tracción con respecto a la caja de conexiones electrónicas 2305. La distancia L2 es la distancia desde el centro de la unidad de tracción 2308 hasta el punto central 2310 de la rueda 2302 en contacto con el suelo. L2 es un parámetro conocido el cual depende del dispositivo de transporte específico que esté siendo utilizado. En una modalidad, L2 no cambia durante la operación del vehículo, sin embargo, L2 puede variar dependiendo de que tipo de unidad de tracción emplee el dispositivo de transporte. Cuando el centro de gravedad 2304 se encuentra sobre el punto central de la rueda en contacto con el suelo 2310, una forma de modelar el dispositivo de transporte es: L2 cos (?c +?e + p) = Li cos (?3 + ?c) i ^^ij a.^^^, Tras expandir y reagrupar los términos la ecuación anterior se convierte en: Cos ?e (L2 cos?c + L?C?s?3) = sen?e (L2 sen?c + L?sen?3) Esta ecuación podría resolverse para determinar una orientación deseada (?e) de la caja de conexiones electrónicas 2305, por ejemplo. Debido a que el Li y ?3 pueden ser funcionales trigonométricas no lineales, la capacidad de procesamiento de un microprocesador ubicado dentro de una caja de conexiones electrónicas 2305 puede ser limitada, puede ser más eficiente evitar calcular ?c directamente utilizando funciones trigonométricas. En tal caso, puede emplearse una tabla de consulta y un esquema de ajuste de curva para generar el valor correcto de ?c. Para hacer una curva ajustada sobre la base de la ecuación expandida y reagrupada, la ecuación expandida puede ser simplificada a: L2cos(?e+?c) = -K?(h)cos?c + K2(h)sen?c y reagrupando términos, ?e = atan ( (L2cos?c + Ki (h) ) / (L2sen?c + K2 (h) ) donde K?(h) - L?(h)cos?3(h) y K2(h) = L?(h) sen?3(h) Y h=la altura de la plataforma. Esta ecuación puede ser resuelta para Ki (h) y K2(h) si son conocidos dos valores de ?e. Después de que los valores de K?(h) y K2 (h) son conocidos, pueden utilizarse cálculos trigonométricos simples para determinar los valores de Li y ?3. Como se discutió anteriormente, dadas Li y ?3, la ubicación del centro de gravedad es conocida, por supuesto, la ubicación es relativa a una ubicación de referencia en la cual, en el caso de un dispositivo de transporte puede ser un punto central de la unidad de tracción. Las curvas discutidas más adelante proporcionan una forma eficiente de determinar dos valores de ?e a ser utilizados para determinar Ki (h) y K2(h) y por lo tanto, Li y ?3. De manera alternativa, puede derivarse el ángulo de la caja de conexiones electrónicas como función del ángulo de tracción con respecto a la gravedad, fc que produce la ecuación: ?e = ?c(h) + p/2-sen"1 ( (L2sen (fc) / (Lj. (h) ) Nuevamente, pueden requerirse dos valores de ?c para resolver para Li y ?3 si el transporte es modulado sobre la base de fc por la ecuación anterior. .
Dependiendo de cual modo de operación en el dispositivo de transporte esté operando, puede' set utilizado cualquiera del ángulo de la caja de conexiones electrónicas o el ángulo de la unidad de tracción para estimar el centro de gravedad. Por ejemplo, cuando se está operando en el modo de escalera, puede ser preferible utilizar la estimación del ángulo de la caja de conexiones electrónicas deseado sobre la base de fc. La Figura 24 es un diagrama de flujo de una modalidad mediante la cual puede crearse un conjunto de datos de referencia que puede ser utilizado para "estimar una posición del centro de gravedad. La Figura 24 será descrita con relación a las Figuras 25A-25C. La razón" para crear tal conjunto de datos de referencia puede ser al menos doble. En primera, el conjunto de datos permite adaptarse a un usuario particular. Segunda, el conjunto de datos permite el cálculo eficiente de las orientaciones deseadas de los componentes del dispositivo de transporte como se describe más adelante. El método puede comenzar en el paso 2402 donde los componentes del dispositivo (por ejemplo, un dispositivo de transporte) están arreglados en un arreglo específico y las orientaciones de varios componentes registradas. Por ejemplo, la unidad de tracción de un dispositivo de transporte puede ser colocada en una primera orientación y este valor registrado. La Figura 25A muestra una primera orientación posible de la unidad de tracción 2502 la cual, en este ejemplo, puede ser representada como ?c=0, debido a que la caja de conexiones electrónicas 2504 y la unidad de tracción están paralelas entre sí. Además, la altura del asiento puede ser registrada como un parámetro inicial. En una modalidad, la altura de la plataforma puede ser tan pequeña como sea posible. En el paso 2404, el dispositivo de transporte es entonces movido a una primera posición. La primera posición puede ser una posición que coloque el centro de gravedad sobre una de las ruedas de la unidad de tracción. En este punto, el centro de gravedad no es conocido o estimado, sin embargo será evidente que el centro de gravedad se encuentra sobre el eje de las ruedas, debido a que el dispositivo de transporte se equilibrará con poco o ninguna estabilización requerida por una persona que esté moviendo el dispositivo de transporte. Después de que el dispositivo de transporte ha sido colocado en la primera posición en el paso 2404, la orientación de al menos uno de los componentes puede entonces ser registrada en el paso 2406. Los componentes cuya orientación puede ser registrada pueden incluir, pero no se limitan a, la caja de conexiones electrónicas (?3) , la posición de la unidad de tracción con respecto a la gravedad (fc) , y la altura del asiento. Pueden ser registrados varios valores de orientación midiendo físicamente los ángulos o de manera alternativa, teniendo acceso a los sensores de la caja de conexiones electrónicas. El acceso a los sensores puede ser muestreando datos del microprocesador o leyendo la salida de los sensores directamente. La Figura 25B muestra un dispositivo de transporte en una primera posición. En este ejemplo, el centro de gravedad 2506 se localiza sobre la rueda delantera 2508 de un dispositivo de transporte. El ángulo de la caja de conexiones electrónicas ?e es un valor positivo que puede ser registrado. En el paso 2408, el dispositivo de transporte es colocado en una segunda posición. De manera similar a la primera posición, la segunda posición puede ser una posición que coloca el centro de gravedad 2506 sobre la rueda trasera 2510 de un dispositivo de transporte, de modo que el dispositivo de transporte esté equilibrado (véase la Figura 25C) . En el paso 2410, la orientación de los componentes del dispositivo en la segunda posición es entonces registrada. El proceso descrito anteriormente puede ser repetido con, por ejemplo la posición de la unidad de tracción inicial colocada en una orientación diferente repitiendo todos los pasos 2402-2410 descritos anteriormente. Además, cada vez que el proceso sea conducido, la altura de la plataforma también puede ser ajustada. t-l ??? ?MMá.it *f??.*¡m?*?,m, j^,., r_J,A,....^A^ ,;_. M^~... ~?a* cá?>Éit *?^ . ^?^^^u^^ La Figura 26 es una representación gráfica de los resultados de efectuar varias iteraciones del proceso expuesto anteriormente. El eje horizontal representa una orientación de la unidad de tracción relativa (?s) en radianes y el eje vertical representa una orientación de la caja de conexiones electrónicas correspondiente (?e) en radianes, que controla el centro de gravedad sobre la huella del dispositivo (es decir, entre las dos ruedas) . Por supuesto, podría crearse una representación gráfica similar que relacione ?e con fc. El primer trazo 2602 representa los resultados del proceso con la altura de la plataforma en una altura mínima y el segundo trazo 2604 representa los resultados del proceso con la plataforma en una altura máxima. Como se discutió anteriormente, esos trazos siguen las ecuaciones anteriores relativamente cerca. Por lo tanto, implementando esos trazos como una tabla de consulta, y sobre la base de la orientación de la unidad de tracción, pueden ser determinados fácilmente dos valores para ?e. Como se discutió anteriormente, esos tres valores de ?e permiten calcular rápidamente Lx y ?3. Además, debido a que las curvas han sido generadas para altura de plataforma máxima y mínima cualquier orientación de la caja de conexiones electrónicas puede ser determinada para cualquier altura del asiento en cualquier posición de la unidad de tracción. Se ha encontrado que Li y ?3 pueden ser estimadas linealmente entre esos dos valores . Refiriéndose nuevamente a la Figura 26, si la posición de la unidad de tracción actual es 2606, los dos lugares de la caja de conexiones electrónicas registrados serán 2608 y 2610. Esto es mostrado gráficamente por las líneas 2612 (la posición de la unidad de tracción actual) y 2614 y 2616 (las posibles orientaciones de la caja de conexiones electrónicas) . Esos dos valores de ?e pueden ser utilizados para interpolar linealmente Li y ?3. Los valores de Li y ?3 pueden ser utilizados de varias formas dependiendo, por ejemplo, del modo en el que el sistema esté operando. Por ejemplo, si el sistema es un dispositivo de transporte, el sistema puede incluir un modo de equilibrio, un modo de escalera y modo mejorado, como se discutió anteriormente. La orientación deseada de la caja de conexiones electrónicas en el modo mejorado puede ser referida como thetaref-cuatro ruedas. Thetaref-cuatro ruedas puede ser resuelta basándose únicamente en el valor de ?3. Refiriéndose a la Figura 23, una ecuación que colocaría el centro de gravedad sobre el punto central 2310 de la unidad de tracción 2308 es ?c = 90°+?3 De este modo, el ángulo de la caja de conexiones electrónicas deseado es fácilmente calculado, determinando ?3 únicamente. Esta orientación deseada puede, en algunas modalidades, ser utilizada como el valor de inclinación deseado del bloque 2044 (Figura 20) . Cuando se está en el modo de equilibrio, la estimación de la ubicación del centro de gravedad basada en Li y ?3 puede ser utilizada para determinar una orientación de la caja de conexiones electrónicas (theta_equilibrio) que coloca el centro de gravedad del eje sobre la rueda en contacto con el suelo. Una orientación de la caja de conexiones electrónicas puede ser determinada resolviendo la ecuación ?e = atan ( (L2 cos?c + Ki (h) ) / (L2 sen?c + K2(h)) dadas ?3 y Li. Habiendo de este modo descrito al menos las modalidades ilustrativas de la invención, a aquellos expertos en la técnica se les ocurrirán fácilmente varias modificaciones y mejoras y se pretende que esas estén dentro del alcance de la invención. En consecuencia, la siguiente descripción es a manera de ejemplo únicamente y no pretende ser limitante. La invención es limitada únicamente de acuerdo a lo definido en las siguientes reivindicaciones y equivalentes de las mismas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (22)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones.
1. Un sistema para convertir entre un primer modo de operación y un segundo modo de operación en un dispositivo, el sistema se caracteriza porque comprende: un circuito de control del cual utiliza coeficientes de ganancia asociados con el primer modo de operación para controlar el sistema en el primer modo de operación y utiliza coeficientes de ganancia asociados con el segundo modo de operación cuando opera en el segundo modo de operación; un sector de ganancia el cual hace que el circuito de control opere utilizando los coeficientes asociados con el segundo modo de operación sustancialmente al mismo momento que el dispositivo transita del primer modo de operación al segundo modo de operación; y un filtro el cual filtra la salida del circuito de control antes de que una central de control creada por el circuito de control sea proporcionado al dispositivo, donde el filtro filtra la desviación o compensación agregando un valor de compensación decreciente a la señal de control.
2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el selector de ganancia determina si el circuito de control utiliza los coeficientes asociados con el primer modo o los coeficientes asociados con el segundo modo sobre la base de un modo de operación actual del dispositivo.
3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además una tabla de ganancia a la cual tiene acceso mediante el circuito de control y que contiene los coeficientes que están asociados con un modo de operación actual.
4. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el valor de compensación es determinado comparando una señal de control filtrada aplicada al dispositivo antes de la transición y una señal de control creada después de la transición.
5. Un método para cambiar uniformemente entre modos en un aparato de modos múltiples, el método se caracteriza porque comprende los pasos de: determinar si ha ocurrido un cambio de modo; determinar un valor de compensación si ha cambiado el modo; sumar una versión decreciente del valor de compensación a una señal de control antes de que la señal de control sea aplicada al aparato para crear una señal de control filtrada; y aplicar una señal de control filtrada del aparato.
6. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el valor de compensación es igual a una diferencia entre la última señal aplicada al aparato y una señal de control generada después del cambio de modo.
7. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el valor de compensación disminuye de acuerdo a los pasos de: (a) multiplicación de un valor de compensación actual por un número menor de uno; (b) actualización de la desviación o compensación actual igual al resultado de la multiplicación del paso (a); y (c) repetición de los pasos (a) y (b) .
8. El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el paso (c) se repite hasta que el valor de compensación actual se aproxima a un umbral menor.
9. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el umbral menor es aproximadamente cero.
10. El sistema de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque comprende además el paso de: almacenar la señal de control filtrada. VíkÁÁ. íd*i .i. -^* » ?- A?..M?. , . ~ ......J....j..a1| nj fr-f, fr. tft! , ^fij.».^-^.-..^.,!-.-,^.*^^^
11. El sistema de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque una diferencia entre la señal de control filtrada almacenada y una señal de control creada después de que el aparato ha cambiado de modo es utilizada para determinar el valor de compensación.
12. El sistema de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque comprende además los pasos de: determinar si un valor de compensación está actualmente decayendo; y reemplazar el valor de compensación actualmente decreciente con un nuevo valor de compensación cuando el aparato cambie de modos.
13. Un método para cambiar uniformemente entre modos en un aparato de modos múltiples, el método se caracteriza porque comprende: determinar si ha ocurrido un cambio de modo, el cambio de modo ocurre como resultado de que el aparato se vuelve inestable; determinar un valor de compensación si el modo ha cambiado; sumar un valor de compensación a una señal de control antes de que la señal de control sea aplicada a un dispositivo controlado del aparato para crear una señal de control filtrada; y aplicar la señal de control filtrada al dispositivo controlado.
14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el valor de compensación es igual a una diferencia entre la última señal aplicada al dispositivo controlado y una señal de control generada después del cambio de modo.
15. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el valor de compensación decrece debido a los pasos de: (a) multiplicar de un valor de compensación actual por un número menor de uno; (b) actualizar la desviación o compensación actual igual al resultado de la multiplicación del paso (a) ; y (c) repetir de los pasos (a) y (b) .
16. El sistema de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el paso (c) se repite hasta que el valor de compensación actual se aproxima a un umbral menor.
17. El sistema de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el umbral menor es aproximadamente cero.
18. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque comprende además el paso de: almacenar la señal de control filtrada.
19. El sistema de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque una diferencia entre la señal de control filtrada almacenada y una señal de control creada después de que el aparato ha cambiado de modo es utilizada para determinar el valor de compensación.
20. El sistema de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además los pasos de: determinar si un valor de compensación está actualmente decayendo; y reemplazar el valor de compensación actualmente decreciente con un nuevo valor de compensación cuando el aparato cambie de modos.
21. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 13-20, caracterizado porque el dispositivo controlado es un motor.
22. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 13-20, caracterizado porque el aparato es un dispositivo de transporte humano autoequilibrable. -..i^a -y..*.: «?¿Jfe^ 123 RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un dispositivo y un método para controlar el dispositivo de modo que el dispositivo opere una manera más uniforme. El sistema puede cambiar entre arquitecturas de control o hacer ganar los coeficientes de ganancia utilizados en un circuito de control para controlar el dispositivo. Cuando la arquitectura o las ganancias son cambiadas, la señal de control puede ser filtrada o aplanada de modo que el dispositivo no experimente un cambio abrupto en la señal de 10 control que recibe. En una modalidad, la señal de control puede ser filtrada sumando un valor de compensación decreciente a la señal de control para crear una señal de control filtrada o aplanada que es aplicada al dispositivo. llt L
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