WO2010084220A1 - Detector de tocados para sistemas de marcado inalámbrico en esgrima - Google Patents

Detector de tocados para sistemas de marcado inalámbrico en esgrima Download PDF

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WO2010084220A1
WO2010084220A1 PCT/ES2010/000017 ES2010000017W WO2010084220A1 WO 2010084220 A1 WO2010084220 A1 WO 2010084220A1 ES 2010000017 W ES2010000017 W ES 2010000017W WO 2010084220 A1 WO2010084220 A1 WO 2010084220A1
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WO
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signal
terminal
alternating
output
input terminal
Prior art date
Application number
PCT/ES2010/000017
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English (en)
French (fr)
Inventor
Geniz Moncunill
Lluis Miquel Campos Martinez
Raúl JUAN COSTA
Original Assignee
Universitat Politècnica De Catalunya
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Publication date
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B69/00—Training appliances or apparatus for special sports
    • A63B69/02—Training appliances or apparatus for special sports for fencing, e.g. means for indicating hits
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B71/00—Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities
    • A63B71/0605—Decision makers and devices using detection means facilitating arbitration

Definitions

  • the present invention is related to electronic sports marking systems, specifically for the sport of fencing.
  • the present invention proposes a method and its implementation in the form of a circuit capable of detecting fencing headdresses for the sword and saber modalities, which does not require any external wired connection and that can be used as a detector in headdress detection units that communicate wirelessly with a center console.
  • the current systems for detecting cable fencing headpieces are composed of an electrical installation that links the weapon of each shooter with a central and common console that processes the information that arrives through the cables.
  • a different circuit is closed for each mode.
  • the circuits have in common the objective of determining which touches are valid depending on whether the shooter touches one or another area of the opponent's body.
  • the cables are retained in extendable reels that regulate the portion of the whining wire to the handles to facilitate its movement on the track.
  • the presence of cables inevitably implies a limitation and a nuisance for free movement. This drawback is precisely what motivates the use of wireless detection systems.
  • the weapon has a normally open push-button sensor encapsulated in the tip of the weapon.
  • the operation of the sensor is simple: a mechanical pressure drive on the tip drives the spring and compresses it by closing a contact.
  • a characteristic of the sensor that makes the entire system functioning properly is that the drive located at the tip of the weapon and at the end of the sensor is in conduction with the inner plate that constitutes a contact pole, and, in addition, it is isolated of the rest of the iron of the weapon by a washer of plastic material.
  • the electric weapon has two very thin conductors insulated with resin inside a small channel and they are the conductors corresponding to the sensor contacts.
  • the electric sword has a connector that allows these conductive wires to be connected to the console through the wired installation, and a third contact that connects the bowl and the blade of the weapon directly to ground.
  • This mass is shared by the two weapons of the shooters and the floor of the track that is made of metallic material.
  • the contact on any surface corresponding to the body of the rival drives the spring of the sensor contact and allows the passage of a signal in the form of continuous tension towards the console.
  • the tip of the sword isolated by the plastic washer, closes the circuit directly to ground and the touch signal does not reach the console.
  • the saber has a single connector that connects the continuous signal source to the entire weapon.
  • the bib and the mask are joined by a driver and constitute a single contact towards the console.
  • the circuit closes. Contact with any other zone is an open circuit and does not cause the system to respond.
  • the basic principle of operation of the cable touch detection systems is the fact that the two handles and the console form a single circuit with a common mass that makes it possible to identify the different zones.
  • This fact and the design of weapons and special equipment has consolidated the electric marking system as the approved system for this sport.
  • This basic principle of operation is, however, one of the main drawbacks when designing a wireless system that can replace or compete with the wired system.
  • a wireless system In a wireless system there is no single circuit consisting of the two weapons and the console, but three independent circuits that must interact with each other.
  • At the time of writing this patent there is a wireless system for the detection of headdresses for fencing.
  • Harashima [Har-96] patent is based on the application of different frequency signals that uniquely identify each of the zones that can be touched, which requires the use of multiple filters tuned to each of the frequencies possible in the headdress detection unit. Touched information is sent to the center console by radio frequency.
  • the Linsay Patent [Lin-06] discloses a fencing signaling system for the various modalities. Similarly, messages about headdresses are sent by radiofrequency and oscillators are used connected to the different zones, bowl, vest and track, which are identified by a unique frequency. For each frequency there is an oscillator and a detector. It does not offer details on how the detectors work.
  • Huang's patent proposes a system for sword and foil. Generates and receives radio signals transmitted through a traditional sword or foil to count and display the results of the scores. When the tip of the weapon touches a surface, the button located on the tip of the weapon is closed activating the transmission of radio signals to a console in charge of displaying the scores.
  • This patent describes a system that is not able to differentiate between valid headdress and Invalid touched. Therefore, it does not meet the basic requirement of any headdress marking system for fencing. i
  • the present invention describes the method and its implementation in the form of a circuit for the detection of headdresses in wireless marking systems in the sport of fencing.
  • the detector object of the present invention incorporates a mechanism that solves the problem of detecting external signals that do not use a common mass reference.
  • the detector is characterized by generating a local oscillation that, applied to the blade of the weapon or to the vest, depending on whether the sword or saber fencing modality, respectively, can be detected by the headpiece detection unit of the opposite.
  • the detector incorporates a signal input that is especially sensitive to signals of external origin weakly coupled to said input, a weak coupling being understood to be that which is made through a high equivalent impedance of Thevenin.
  • the circuit implements a local oscillation cancellation mechanism that minimizes the auto-coupling effect of the locally generated oscillation towards the signal input terminal.
  • the circuit object of the present invention is characterized in that it does not require the use of different frequencies in the handle, the opposite and the ground, making it unnecessary to use multiple filters tuned to different frequencies. This characteristic, together with the fact that the shooter and the contrary can use identical detectors, translates into a reduction in the cost of the detector and also in a faster response.
  • the detector object of the present invention consists of a common local ground terminal (1) for all the blocks that constitute it, a local oscillator (2), a constant signal source (3), a signal distributor (4), a differential amplifier (5), an alternating component detector (6), a continuous component detector (7), a ground connection terminal (8), a signal output terminal (9), an input terminal signal (10) and a continuous signal sauda terminal (11).
  • the operation of the detector (20) is based on the generation and detection of signals in the form of electrical voltages of different nature, namely continuous and alternating signals.
  • the local oscillator (2) is connected to the alternating signal output terminal (9) and has a low output impedance that prevents the coupling of external signals through said terminal.
  • the function of the local oscillator (2) is to generate an alternating signal detectable by the corresponding detector (20) in the headphone detection unit (32) of the opposite.
  • the constant signal source (3) is connected to the continuous signal output terminal (11) and serves, in the sword mode, to generate a continuous component in the signal input terminal (10) when the button located is closed at the tip of the weapon (28), that is, when a headdress occurs.
  • the constant signal source (3) has an output impedance high enough to allow the presence in the input terminal (10) of externally connected signal components weakly coupled through the signal input terminal (10). This requirement specifically applies to the case in which a headdress occurs.
  • the signal distributor (4) transfers the signal from the local oscillator (2) to each of the inputs of the differential amplifier (5).
  • the signal distributor (4) has a coupling between the alternating signal output terminal (9) and the signal input terminal (10) strong enough to eliminate the effect of the external coupling (14) between the output terminal alternating signal (9) and signal input terminal (10).
  • This coupling which occurs in the sword fencing modality between the blade and the internal conductors of the weapon, is variable in nature, depending on the weapon model, its position during the development of the combat and the state of the button located in the gun tip (28).
  • the signal distributor (4) has a coupling between the alternating signal output terminal (9) and the signal input terminal (10) weak enough to allow the input of weakly coupled external source signals through the signal input terminal (10).
  • the ground terminal (8) is connected to the skin of the puller by means of a conductive interface (23) to increase the effective surface of said terminal and reinforce the coupling of locally generated signals to the opposite and vice versa.
  • the output of the alternating component detector (12) is activated when the alternating component of the output signal of the differential amplifier (5) is within a predetermined range of values.
  • the output of the continuous component detector (13) is activated when the continuous component of the differential amplifier output signal (5) is within a predetermined range of values.
  • FIG 2 shows the application of the detector (20) object of the present invention to the sword fencing mode.
  • the shooter incorporates in its equipment a headdress detection unit (32) identical to that of the opposite, which includes the detector (20), a microcontroller (21) that interprets the headdress information provided by the detector (20) and which in turn, it communicates with the remote central console through a radio frequency transceiver (22).
  • the alternating signal output terminal (9) is connected to the bowl (24), which is integral with the gun blade (25), and the signal input terminal (10) is connected to one of the internal conductors, of the sword, for example the first internal conductor (26).
  • the continuous signal output terminal (11) is connected to the other internal conductor of the sword, for example the second internal conductor (27).
  • This mode also requires the connection of a track oscillator (29) to the track (30), so that a certain alternating voltage is created between the track (30) and the ground (31).
  • the frequency of the local oscillator (2) of the shooter, the frequency of the local oscillator (2) of the opposite and the frequency of the track oscillator (29) can be the same.
  • the button located on the tip of the weapon (28) is closed against an invalid surface, be it the bowl (24) of the opposite, or the track (30)
  • the signal from the local oscillator ( 2) of the opposite or of the track (30) is coupled through the signal input terminal (10), which generates an alternating component at the output of the differential amplifier (5) and the activation of the alternating component detector output (12). From the state of the signals provided by the detector (20), it is possible to distinguish when a hit is valid.
  • the following table shows the corresponding value of the detector's output variables in response to different events produced during combat in the sword mode:
  • the stop refers to the contact of the weapon's blade (25) of the shooter with that of the opponent in response to the latter's attack with a valid hit.
  • the microcontroller (21) interprets the information received and sends it, if appropriate, to the central console.
  • the microcontroller (21) communicates with the central console through a pre-established protocol and is assigned a unique identifier that is included in the messages sent to the console.
  • the console is responsible for indicating to the microprocessor (21) the method of fencing and processing the messages and v received from each of the units of headdress detection (32) to perform the marking properly.
  • FIG 3 shows the application of the detector (20) object of the present invention to the saber mode.
  • the shooter incorporates in its equipment a headdress detection unit (32) identical to that of the opposite, which includes the detector (20), a microcontroller (21) that interprets the headdress information provided by the detector (20) and which in turn, it communicates with the remote central console through a radio frequency transceiver (22).
  • the alternating signal output terminal (9) is connected to the vest (33) of the shooter and the signal input terminal (10) is connected to the bowl (24), integral with the weapon blade (25).
  • the constant signal source (3) is not used, so the continuous component detector (7) is not activated under any circumstances.
  • This mode also does not require the use of a track oscillator (29).
  • the signal from the local oscillator (2) of the opposite is coupled through the signal input terminal (10), which generates an alternating component at the output of the differential amplifier (5) and the activation of the output of the alternating component detector (12). From the state of this signal it is possible to distinguish when a headdress is valid.
  • the following table shows the corresponding value of the detector's output variables in response to different events produced during combat in the saber mode: ⁇
  • the stop refers to the contact of the weapon's blade (25) of the shooter with that of the opponent in response to the latter's attack with a valid hit.
  • a high alternating component level is generated at the output of the differential amplifier (5) on the contrary that prevents the activation of the output of the alternating component detector (12) on the contrary.
  • the microcontroller (21) interprets the information received and sends it, if appropriate, to the central console.
  • the microcontroller (21) communicates with the central console via a pre-established protocol and is assigned a unique identifier that is included in the messages sent to the console.
  • the console is responsible for indicating to the microprocessor (21) the method of fencing and to process the messages received from each of the touch detection units (32) to perform the marking properly.
  • the detectors (20) are characterized by not needing the use of tuned filters, all of which can be identified 12 • ⁇ -. v . '': surfaces that require it with the same frequency.
  • Figure 1 shows the block diagram of the detector object of the present invention, which allows the detection of headdresses as part of wireless fencing systems.
  • the detector consists of a common local ground terminal (1) for all blocks, an oscillator, local (2), a constant signal source (3), a signal distributor (4), a differential amplifier (5), an alternating component detector (6), a continuous component detector (7), a ground connection terminal (8), an alternating signal output terminal (9), a signal input terminal (10) and a continuous signal output terminal (11), an output terminal of the alternating component detector
  • FIG. 2 shows the system block diagram for the shooter in sword fencing mode.
  • the shooter has as part of the equipment the headdress detection unit (32), which includes the detector (20) object of the present invention, a microcontroller (21) and a radio frequency transceiver (22).
  • the ground connection terminal (8) is connected to the skin of the handle through a conductive interface (23), the alternating signal output terminal (9) is connected to the bowl (24) which in turn is connected to the gun blade (25), the signal input terminal (10) is connected to the first internal conductor (26) of the gun and the output terminal continuous signal (11) to the second internal connector (27).
  • the button located on the tip of the weapon (28) is normally open and closes when touched.
  • the track (30) on which the combat takes place is connected to a track oscillator (29) that keeps the track (30) at a certain alternating electrical voltage with respect to the ground (31).
  • FIG 3 shows the system block diagram for the shooter in saber fencing mode.
  • the headdress detection unit (32) includes the detector (20) object of the present invention, a microcontroller (21) and a radio frequency transceiver (22).
  • the ground connection terminal (8) is connected to the skin of the shooter through a conductive interface (23), the alternating signal output terminal (9) is connected to the vest (33) of the shooter, the input terminal of signal (10) is connected to the bowl (24), integral with the blade of the weapon (25).
  • This mode does not require the connection of a track oscillator (29) between the track (30) and the ground (31).
  • Figure 4 shows the preferred embodiment, based on the use of operational amplifiers.
  • the figure shows the local oscillator (2), the signal distributor (4) and the differential amplifier (5).
  • the alternating component detector (6) is composed of: a high pass filter (40), an envelope detector (41), an alternating component level amplifier (42) and an alternating component window comparator (43).
  • the continuous component detector (7) consists of: a low-pass filter (44), a continuous component level amplifier (45) and a continuous component window comparator (46).
  • any type of sinusoidal oscillator such as the Colpitts or Hartley type, is used as the local oscillator (2), taking the output signal from a terminal with low output impedance.
  • the constant signal source (3) the power supply itself is used together with a resistor (47) that is connected to the DC output terminal (11).
  • the signal distributor (4) is formed by two first-order high-pass filters, with dominant capacities with respect to those that can be obtained by external coupling (14) due to the weapon.
  • a differential amplifier (5) based on operational amplifier.
  • the ground connection terminal (8) is connected to the local ground (1), the alternating signal output terminal (9) is connected to the local oscillator output (2) and the signal input (10) is connected to the non-inverting input of the differential amplifier (5).
  • the alternating component level detector (6) is made up of a high-pass filter
  • the high-pass filter (40) eliminates the continuous component of the signal provided by the differential amplifier (5), whereby the envelope detector (41) presents at its output the amplitude of the oscillation from the high-pass filter (40), signal which in turn is amplified by the alternating component level amplifier (42) and compared in the alternating component window comparator (43). If the signal at the output of the alternating component level amplifier (42) is within the preset range of values, the output of the alternating component window comparator (12) provides a high voltage level, and otherwise a level Low voltage
  • the continuous component level detector (7) is a step-down filter (44) followed by a continuous component level amplifier (45) and a continuous component window comparator (46).
  • the low pass filter (44) extracts the continuous component of the signal provided by the differential amplifier (5).
  • the continuous component is amplified by the continuous component level amplifier (45) and compared in the continuous component window comparator (46). If the output signal of the continuous component level amplifier (45) is within the preset range of values, the output of the continuous component window comparator (13) provides a high voltage level, and otherwise a level of low tension

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Abstract

Consiste en un detector de tocados de esgrima para sistemas de marcado inalámbricos en las modalidades de espada y sable. El detector forma parte de la unidad de detección de tocados del tirador, no requiere conexión cableada con la consola central de marcado y proporciona señales de salida que determinan de forma unívoca si se efectúan tocados válidos. Es compatible con las armas reglamentarias para sistemas cableados, pudiendo utilizar ambos tiradores detectores idénticos. Consta de: un terminal de masa local (1), un oscilador local (2), una fuente de señal constante (3), un distribuidor de señal (4), un amplificador diferencial (5), un detector de componente alterna (6), un detector de componente continua (7), un terminal de conexión a masa (8), un terminal de salida de señal alterna (9), un terminal de entrada de señal (10) y un terminal de salida de señal continua (11).

Description

DETECTOR DE TOCADOS PARA SISTEMAS DE MARCADO INALÁMBRICOS EN ESGRIMA
Sector de la técnica La presente invención está relacionada con los sistemas electrónicos de marcado deportivos, concretamente para el deporte de la esgrima.
En el deporte de la esgrima, el arbitro es la figura responsable de decidir cuándo se ha producido un tocado válido de un tirador sobre otro o, en caso de producirse, un tocado doble. Sin embargo, en un deporte donde la velocidad.es crucial, la sola pericia del arbitro a menudo no es suficiente para poder determinar con precisión quién es el vencedor en cada punto. Ante esta dificultad, se han inventado múltiples sistemas de ayuda para poder visualizar los tocados de una forma más clara y menos subjetiva. De todos los sistemas, el más extendido en entrenamientos y competiciones es el sistema eléctrico por cables. También se han propuesto algunos sistemas de detección de tocados inalámbricos que evitan el inconveniente que supone para los tiradores estar permanentemente conectados a un cable. Sin embargo, sólo es posible encontrar sistemas comerciales para la modalidad de sable, quedando otras propuestas en el papel, por ejemplo en forma de patente.
La presente invención propone un procedimiento y su realización en forma de circuito capaz de detectar tocados de esgrima para las modalidades de espada y sable, que no requiere ninguna conexión cableada externa y que puede ser utilizado como detector en unidades de detección de tocados que se comunican de forma inalámbrica con una consola central.
Estado de la técnica
Los sistemas actuales de detección de tocados de esgrima por cable están compuestos por una instalación eléctrica que une el arma de cada tirador con una consola central y común que procesa la información que le llega a través de los cables. En función de la modalidad de arma en la que se coloque el selector de la consola, se cierra un circuito diferente para cada modalidad. Aunque diferentes, los circuitos tienen en común el objetivo de determinar qué tocados son válidos en función de si el tirador toca una u otra zona del cuerpo del contrario. Habitualmente, los cables son retenidos en carretes extensibles que regulan la porción de hilo quejlega hasta los tiradores para facilitar su movimiento sobre la pista. Sin embargo, la presencia de cables supone inevitablemente una limitación y una molestia para el libre movimiento. Este inconveniente es precisamente el que motiva la utilización de sistemas de detección inalámbricos.
En el caso de la modalidad de espada, todo el cuerpo del rival, incluidos pies y manos son zonas válidas para un tocado. El detector sólo ha de distinguir entre todo el cuerpo del rival, la cazoleta y el suelo. Por lo tanto, existen dos zonas, una válida y una no válida. Para realizar la detección, el arma lleva un sensor en forma de pulsador normalmente abierto encapsulado en la punta del arma. El funcionamiento del sensor es simple: un accionamiento mecánico por presión en la punta acciona el muelle y lo comprime cerrando un contacto. Una característica del sensor que hace posible el buen funcionamiento de todo el sistema es que el accionamiento situado en la punta del arma y en el extremo del sensor está en conducción con la pletina interior que constituye un polo del contacto, y, además, está aislado del resto del hierro del arma por una arandela de material plástico. El arma eléctrica lleva por el interior de una pequeña canaleta dos conductores muy finos aislados con resina y son los conductores correspondientes a los contactos del sensor. Por último, la espada eléctrica lleva un conector que permite unir estos hilos conductores con la consola a través de la instalación cableada, y un tercer contacto que conecta la cazoleta y la hoja del arma directamente a masa. Esta masa la comparten las dos armas de los tiradores y el suelo de la pista que es de material metálico. El contacto sobre cualquier superficie correspondiente al cuerpo del rival acciona el muelle del contacto del sensor y permite el paso de una señal en forma de tensión continua hacia la consola. En el caso de hacer blanco sobre una superficie no válida, como la cazoleta o la pista que está conectada a masa, la punta de la espada, aislada por la arandela de plástico, cierra el circuito directamente a masa y la señal de tocado no llega a la consola.
En la modalidad de sable se utiliza un arma más sencilla en cuanto a su conexionado. Por las características reglamentarias, en este caso hay que distinguir, nuevamente, entre dos zonas. Una zona de tocado válido constituida por el tronco y la cabeza del adversario y una zona no válida formada por el resto de la superficie del cuerpo, el arma y la pista. Una diferencia importante de este arma respecto a la espada es que ésta última es arma de punta, es decir, todos los ataques válidos son los que se llevan a cabo con la punta del arma, mientras que el sable es un arma de corte y los ataques válidos son los que se efectúan indistintamente con la punta o con el filo de la hoja. Para que el sistema de marcado de tocados sea efectivo, se hace necesario el uso de un peto que cubra el tronco de los tiradores y una careta conductora. El sable lleva un solo conector que une la fuente de señal continua a toda el arma. El peto y la careta están unidas por un conductor y constituyen un solo contacto hacia la consola. Cuando un tirador toca con su sable el peto o careta del rival, el circuito se cierra. El contacto con cualquier otra zona es un circuito abierto y no provoca la respuesta del sistema.
El principio de funcionamiento básico de los sistemas de detección de tocados por cable es el hecho de que los dos tiradores y la consola forman un único circuito con una masa común que hace posible la identificación de las diferentes zonas. Este hecho y el diseño de armas y equipos especiales ha consolidado el sistema de marcado eléctrico como el sistema homologado para este deporte. Este principio básico de funcionamiento es, sin embargo, uno de los principales inconvenientes a la hora de diseñar un sistema sin cables que pueda reemplazar o competir con el sistema cableado. En un sistema sin cables no se dispone de un único circuito formado por las dos armas y la consola, sino de tres circuitos independientes que han de interactuar entre sí. Por otro lado, resulta deseable por intereses comerciales y de coste no modificar las armas actuales. En el momento de redactar la presente patente existe en el mercado un sistema inalámbrico de detección de tocados para esgrima. Se trata del sistema Wireless 2000 desarrollado por el laboratorio StM [StM-09], presentado oficialmente en los Juegos Olímpicos de Atenas el año 2004. Este sistema presenta como gran novedad frente a los sistemas convencionales de marcado el hecho de que el tocado se registra y se visualiza directamente en el tirador mediante una señal luminosa, sin necesidad de ninguna inteligencia central. Sin embargo, el sistema sólo es compatible con la modalidad de sable.
Por otro lado, existen diversas propuestas en forma de patente de sistemas de marcado inalámbricos de esgrima. La patente de Delcayre [Del-58] y sus posteriores mejoras [Del-62] [Del-63] describen sistemas inalámbricos de detección de tocados que resultan complejos y requieren de múltiples y delicados ajustes. La información de tocado se envía a la consola mediante señales de radio. Opcionalmente, los tocados se pueden visualizar en el propio tirador. Otra patente del mismo inventor [Del-77] utiliza un nuevo sistema simplificado de detección de tocados basado en la utilización de pulsos.
La patente de Harashima [Har-96] se basa en la aplicación de señales de frecuencia distinta que identifican de forma única a cada una de las zonas que es posible tocar, hecho que requiere el uso de múltiples filtros sintonizados a cada una de las frecuencias posibles en la unidad de detección de tocados. La información de tocados se envía a la consola central por radiofrecuencia.
La Patente de Linsay [Lin-06] expone un sistema de señalización de esgrima para las diversas modalidades. De forma similar, los mensajes sobre tocados se envían por radiofrecuencia y se utilizan osciladores conectados a las distintas zonas, cazoleta, chaleco y pista, que se identifican por una frecuencia única. Para cada frecuencia hay un oscilador y un detector. No ofrece detalles sobre cómo funcionan los detectores.
La patente de Huang [Hua-08] propone un sistema para espada y florete. Genera y recibe señales de radio transmitidas a través de una espada tradicional o un florete para contar y mostrar los resultados de las puntuaciones. Cuando la punta del arma toca una superficie, el pulsador situado en la punta del arma se cierra activando la transmisión de señales de radio a una consola encargada de mostrar las puntuaciones. Esta patente describe un sistema que no es capaz de diferenciar entre tocado válido y tocado no válido. Por lo tanto, no cumple con el requisito básico de cualquier sistema de marcado de tocados para la esgrima. i
Lista de referencias:
[StM-09] "StM Wireless 2000", Fencing Touch-Registering System. Disponible on-line en: http://www.stm-fencing.com.
[Del-58] G. Delcayre, "Dispositif contrδleur des touches se produisant au cours des assauts d'escrime", patente número FRl 162554, 15 de Septiembre de 1958. ; [Del-62] G. Delcayre, "Dispositif contrδleur des touches se produisant au cours des assauts d'escrime", patente número FR78556, 10 de Agosto de 1962.
[Del-63] G. Delcayre, "Dispositif contrδleur des touches se produisant au cours des assauts d'escrime", patente número FR81004, 19 de Julio de 1963.
[Del-77] G. Delcayre, "Electronic equipment for radio control of fencing bouts", patente número US4030731, 21 de Junio de 1977.
[Har-96] T. Harashima, "Effective blow deciding device for blow type grapple match", patente número JP2535306, 18 de Septiembre de 1996.
[Lin-06] P. Linsay, "Wireless scoring system for sport fencing", patente número WO 2006 052544, 18 de Mayo de 2006. [Hua-08] CM. Huang, "Wireless scoring machine for epee and foil fencing", patente número US 2008 084281, 10 de Abril de 2008.
Descripción detallada de la invención -
La presente invención describe el procedimiento y su realización en forma de circuito para la detección de tocados en sistemas de marcado inalámbricos en el deporte de la esgrima. El detector objeto de la presente invención incorpora un mecanismo que resuelve el problema de la detección de señales externas que no utilizan una referencia de masa común. El detector se caracteriza por generar una oscilación local que, aplicada a la hoja del arma o al chaleco, según se trate de la modalidad dé esgrima de espada ó de sable, respectivamente, puede ser detectada por la unidad de detección de tocados del contrario. A su vez, el detector incorpora una entrada de señal que es especialmente sensible a señales de origen externo débilmente acopladas hacia dicha entrada, entendiendo por acoplamiento débil aquél que se efectúa a través de una impedancia equivalente de Thevenin elevada. Para ello, el circuito implementa un mecanismo de cancelación de la oscilación local que minimiza el efecto de autoacoplamiento de la oscilación generada localmente hacia el terminal de entrada de señal. El circuito objeto de la presente invención se caracteriza porque no requiere la utilización de frecuencias distintas en el tirador, el contrario y el suelo, haciendo innecesaria la utilización de múltiples filtros sintonizados a distintas frecuencias. Esta característica, unida al hecho de que tirador y contrario pueden utilizar detectores idénticos, se traduce en una reducción en el coste del detector y también en una respuesta más rápida del mismo. El detector objeto de la presente invención consta de un terminal de masa local (1) común para todos los bloques que lo constituyen, un oscilador local (2), una fuente de señal constante (3), un distribuidor de señal (4), un amplificador diferencial (5), un detector de componente alterna (6), un detector de componente continua (7), un terminal de conexión a masa (8), un terminal de salida de señaLaíterna (9), un terminal de entrada de señal (10) y un terminal de sauda de señal continua (11). El funcionamiento del detector (20) se basa en la generación y detección de señales en forma de tensiones eléctricas de distinta naturaleza, concretamente señales continuas y alternas.
Tal como se muestra en la Figura 1, el oscilador local (2) está conectado al terminal de salida de señal alterna (9) y presenta una impedancia de salida baja que impide el acoplamiento de señales externas a través de dicho terminal. La función del oscilador local (2) es generar una señal alterna detectable por el correspondiente detector (20) en la unidad de detección de tocados (32) del contrario.
La fuente de señal constante (3) está conectada al terminal de salida de señal continua (11) y sirve, en la modalidad de espada, para generar una componente continua en el terminal de entrada de señal (10) cuando se cierra el pulsador situado en la punta del arma (28), es decir, cuando se produce un tocado. La fuente de señal constante (3) presenta una impedancia de salida lo suficientemente alta como para permitir la presencia en el terminal de entrada (10) de componentes de señal de origen externo débilmente acopladas a través del terminal de entrada de señal (10). Este requisito aplica específicamente al caso en que se produce un tocado.
El distribuidor de señal (4) transfiere la señal procedente del oscilador local (2) hacia cada una de las entradas del amplificador diferencial (5). El distribuidor de señal (4) presenta un acoplamiento entre el terminal de salida de señal alterna (9) y el terminal de entrada de señal (10) lo suficientemente fuerte como para eliminar el efecto del acoplamiento externo (14) entre el terminal de salida de señal alterna (9) y el terminal de entrada de señal (10). Este acoplamiento, que se produce en la modalidad de esgrima con espada entre la hoja y los conductores internos del arma, es de naturaleza variable, dependiendo del modelo de arma, de su posición durante el desarrollo del combate y del estado del pulsador situado en la punta del arma (28). A su vez, el distribuidor de señal (4) presenta un acoplamiento entre el terminal de salida de señal alterna (9) y el terminal de entrada de señal (10) lo suficientemente débil como para permitir la entrada de señales de origen externo débilmente acopladas a través del terminal de entrada de señal (10). El terminal de masa (8) se conecta a la piel del tirador mediante una interfaz conductora (23) para aumentar la superficie efectiva de dicho terminal y reforzar el acoplamiento de las señales generadas localmente hacia el contrario y viceversa.
Las componentes de señal a la entrada del amplificador diferencial (5) procedentes del oscilador local (2) se cancelan entre sí a la salida del amplificador diferencial (5), de forma que no existe componente significativa de oscilación local a la salida del mismo. Por el contrario, las componentes de señal a la entrada del amplificador diferencial (5) acopladas externamente a través del terminal de entrada de señal persisten a la salida del amplificador diferencial (5), siendo capaces de activar la salida del detector de componente alterna (12) o la salida del detector de componente continua (13), según el tipo de señal acoplada. La salida del detector de componente alterna (12) se activa cuando la componente alterna de la señal de salida del amplificador diferencial (5) se encuentra dentro de un margen de valores predeterminado. La salida del detector de componente continua (13) se activa cuando la componente continua de la señal de salida del amplificador diferencial (5) se encuentra dentro de un margen de valores predeterminado.
La Figura 2 muestra la aplicación del detector (20) objeto de la presente invención a la modalidad de esgrima con espada. El tirador incorpora en su equipo una unidad de detección de tocados (32) idéntica a la del contrario, que incluye el detector (20), un microcontrolador (21) que interpreta la información de tocados proporcionada por el detector (20) y que a su vez se comunica con la consola central remota mediante un transceptor de radiofrecuencia (22). El terminal de salida de señal alterna (9) se conecta a la cazoleta (24), que es solidaria a la hoja del arma (25), y el terminal de entrada de señal (10) se conecta a uno de los conductores internos, de la espada, por ejemplo el primer conductor interno (26). El terminal de salida de señal continua (11) se conecta al otro conductor interno de la espada, por ejemplo el segundo conductor interno (27). Esta modalidad requiere también la conexión de un oscilador de pista (29) a la pista (30), de forma que se cree una cierta tensión alterna entre el la pista (30) y el suelo (31). La frecuencia del oscilador local (2) del tirador, la frecuencia del oscilador local (2) del contrario y la frecuencia del oscilador de pista (29) pueden ser iguales. Cuando la pulsador situado en la punta del arma (28) se cierra, se produce un cortocircuito entre el terminal de salida de señal continua (11) y el terminal de entrada de señal (10), hecho que genera una componente continua a la salida del amplificador diferencial (5) y la activación de la salida del detector de componente continua (13). En esta situación, si el pulsador situado en la punta del arma (28) se cierra tocando una superficie válida, no se genera ninguna componente alterna a la salida del amplificador diferencial (5). Si, por el contrario, el pulsador situado en la punta del arma (28) se cierra contra una superficie no válida, ya sea la cazoleta (24) del contrario, ya sea la pista (30), la señal procedente del oscilador local (2) del contrario o de la pista (30), según el caso, se acopla a través del terminal de entrada de señal (10), hecho que genera una componente alterna a la salida del amplificador diferencial (5) y la activación de la salida del detector de componente alterna (12). A partir del estado de las señales proporcionadas por el detector (20), es posible distinguir cuándo un tocado es válido. La siguiente tabla muestra el correspondiente valor de las variables de salida del detector como respuesta a diferentes eventos producidos durante el combate en la modalidad de espada:
Figure imgf000011_0001
* La parada se refiere al contacto de la hoja del arma (25) del tirador con la del contrario como respuesta de este último a un ataque con tocado válido.
El microcontrolador (21) interpreta la información recibida y la envía, si procede, a la consola central. El microcontrolador (21) se comunica con la consola central mediante un protocolo preestablecido y tiene asignado un identifícador único que se incluye en los mensajes enviados hacia la consola. La consola se encarga de indicar al microprocesador (21) la modalidad de esgrima y de procesar los mensajes v recibidos desde cada una de las unidades de detección de tocados (32) para realizar el marcado adecuadamente.
La Figura 3 muestra la aplicación del detector (20) objeto de la presente invención a la modalidad de sable. El tirador incorpora en su equipo una unidad de detección de tocados (32) idéntica a la del contrario, que incluye el detector (20), un microcontrolador (21) que interpreta la información de tocados proporcionada por el detector (20) y que a su vez se comunica con la consola central remota mediante un transceptor de radiofrecuencia (22). El terminal de salida de señal alterna (9) se conecta al chaleco (33) del tirador y el terminal de entrada de señal (10) se conecta a la cazoleta (24), solidaria a la hoja del arma (25). En esta modalidad, la fuente de señal constante (3) no se utiliza, por lo que el detector de componente continua (7) no se activa en ningún caso. Esta modalidad tampoco requiere la utilización de un oscilador de pista (29). Cuando la hoja del arma (25) toca alguna parte del chaleco (33) del contrario, la señal procedente del oscilador local (2) del contrario se acopla a través del terminal de entrada de señal (10), hecho que genera una componente alterna a la salida del amplificador diferencial (5) y la activación de la salida del detector de componente alterna (12). A partir del estado de esta señal es posible distinguir cuándo un tocado es válido. La siguiente tabla muestra el correspondiente valor de las variables de salida del detector como respuesta a diferentes eventos producidos durante el combate en la modalidad de sable: \
Figure imgf000013_0001
* La parada se refiere al contacto de la hoja del arma (25) del tirador con la del contrario como respuesta de este último a un ataque con tocado válido. En este caso, se genera un nivel de componente alterna elevado a la salida del amplificador diferencial (5) del contrario que impide la activación-de la salida del detector de componente alterna (12) del contrario.
El microcontrolador (21) interpreta la información recibida y la envía, si procede, a la consola central. El microcontrolador (21) se comunica ςon Ia^ consola central mediante un protocolo preestablecido y tiene asignado un identificador único que se incluye en los mensajes enviados hacia la consola. La consola se encarga de indicar al microprocesador (21) la modalidad de esgrima y de procesar los mensajes recibidos desde cada una de las unidades de detección de tocados (32) para realizar el marcado adecuadamente.
En las dos modalidades de esgrima consideradas, los detectores (20) se caracterizan por no necesitar el uso de filtros sintonizados, pudiendo ser identificadas todas las 12 • \ - .v . ' ' : superficies que lo requieran con la misma frecuencia. Estas características conllevan múltiples ventajas:
- Las unidades de .detección de tocados (32) de los dos tiradores son idénticas; >
- Se consigue una mayor simplicidad y un coste menor de los equipos; " - Se evita la necesidad de realizar ciertos ajustes delicados; .
- La respuesta del detector (20) resulta más rápida.
Breve descripción del contenido de los dibujos
La Figura 1 muestra el diagrama de bloques del detector objeto de la presente invención, el cual permite la detección de tocados como parte de sistemas de esgrima inalámbricos. El detector consta de un terminal de masa local (1) común para todos los bloques, un oscilador, local (2), una fuente de señal constante (3), un distribuidor de señal (4), un amplificador diferencial (5), un detector de componente alterna (6), un detector de componente continua (7), un terminal de conexión a masa (8), un terminal de salida de señal alterna (9), un terminal de entrada de señal (10) y un terminal de salida de señal continua (11), un terminal de salida del detector de componente alterna
(12) y un terminal de salida del detector de componente continua (13). En la modalidad de espadarse produce un cierto acoplamiento externo (14) entre el terminal de salida de señal alterna (9) y el terminal de entrada (10) causado por el arma. Aunque no se muestra explícitamente en la figura, se presupone la existencia de una batería que actúa como fuente de alimentación. ^
La Figura 2 muestra el diagrama de bloques del sistema para el tirador en la modalidad de esgrima con espada. El tirador lleva como parte del equipo la unidad de detección de tocados (32), que incluye el detector (20) objeto de la presente invención, un microcóntrolador (21) y un transceptor de radiofrecuencia (22). El terminal de conexión a masa (8) se encuentra conectado a la piel del tirador mediante una interfaz conductora (23), el terminal de salida de señal alterna (9) se conecta a la cazoleta (24) que a su vez se encuentra conectada a la hoja del arma (25), el terminal de entrada de señal (10) se conecta al primer conductor interno (26) del arma y el terminal de salida de señal continua (11) al segundo conector interno (27). El pulsador situado en la punta del arma (28) se encuentra normalmente abierto y se cierra al efectuar un tocado. La pista (30) sobre la que se desarrolla el combate se encuentra conectada a un oscilador de pista (29) que mantiene la pista (30) a una cierta tensión eléctrica alterna con respecto al suelo (31).
La Figura 3 muestra el diagrama de bloques del sistema para el tirador en la modalidad de esgrima con sable. La unidad de detección de tocados (32) incluye el detector (20) objeto de la presente invención, un microcontrolador (21) y un transceptor de radiofrecuencia (22). El terminal de conexión a masa (8) se encuentra conectado a la piel del tirador mediante una interfaz conductora (23), el terminal de salida de señal alterna (9) se conecta al chaleco (33) del tirador, el terminal de entrada de señal (10) se conecta a la cazoleta (24), solidaria con la hoja del arma (25). Esta modalidad no requiere la conexión de un oscilador de pista (29) entre la pista (30) y el suelo (31).
La Figura 4 muestra la realización preferida, basada en la utilización de amplificadores operacionales. La figura muestra el oscilador local (2), el distribuidor de señal (4) y el amplificador diferencial (5). El detector de componente alterna (6) se compone de: un filtro pasoalto (40), un detector de envolvente (41), un amplificador de nivel de componente alterna (42) y un comparador de ventana de componente alterna (43). El detector de componente continua (7) se compone de: un filtro pasobajo (44), un amplificador de nivel de componente continua (45) y un comparador de ventana de componente continua (46).
Descripción de una realización preferida
En una realización preferida, se utiliza como oscilador local (2) cualquier tipo de oscilador sinusoidal, como por ejemplo de tipo Colpitts o Hartley, tomando la señal de salida de un terminal con baja impedancia de salida. Como fuente de señal constante (3) se utiliza la propia fuente de alimentación junto con una resistencia (47) que se conecta al terminal de salida de tensión continua (11). El distribuidor de señal (4) está formado por dos filtros pasoalto de primer orden, con capacidades dominantes con respecto a las que pueden obtenerse por acoplamiento externo (14) debidas al arma. Se utiliza un amplificador diferencial (5) basado en amplificador operacional. El terminal de conexión a masa (8) se conecta a la masa local (1), el terminal de salida de sefial alterna (9) se conecta a la salida del oscilador local (2) y la entrada de señal (10) se conecta a la entrada no inversora del amplificador diferencial (5). El detector de nivel de componente alterna (6) lo componen un filtro pasoalto
(40) seguido de un detector de envolvente (41), un amplificador de nivel de componente alterna (42) y un comparador de ventana de componente alterna (43). El filtro pasoalto (40) elimina la componente continua de la señal proporcionada por el amplificador diferencial (5), con lo que el detector de envolvente (41) presenta a su salida la amplitud de la oscilación procedente del filtro pasoalto (40), señal que a su vez es amplificada mediante el amplificador de nivel de componente alterna (42) y comparada en el comparador de ventana de componente alterna (43). Si la señal a la salida del amplificador de nivel de componente alterna (42) se encuentra dentro del margen de valores preestablecido, la salida del comparador de ventana de componente alterna (12) proporciona un nivel de tensión alto, y en caso contrario un nivel de tensión bajo.
El detector de nivel de componente continua (7) lo constituye un filtro pasobajo (44) seguido un amplificador de nivel de componente continua (45) y un comparador de ventana de componente continua (46). El filtro pasobajo (44) extrae la componente continua de la señal proporcionada por el amplificador diferencial (5). La componente continua es amplificada mediante el amplificador de nivel de componente continua (45) y comparada en el comparador de ventana de componente continua (46). Si la señal de salida del amplificador de nivel de componente continua (45) se encuentra dentro del margen de valores preestablecido, la salida del comparador de ventana de componente continua (13) proporciona un nivel de tensión alto, y en caso contrario un nivel de tensión bajo.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de detección de tocados para sistemas de marcado inalámbricos en esgrima, que comprende un terminal de masa local común para todos los bloques, un oscilador local, una fuente de señal constante, un distribuidor de señal, un amplificador diferencial, un detector de componente alterna, un detector de componente continua, un terminal de conexión a masa conectado a la piel del tirador mediante una interfaz conductora, un terminal de salida de señal alterna, un terminal de entrada de señal y un terminal de salida de señal continúa, caracterizado por el hecho de que, N
a) el oscilador local está conectado al terminal de salida de señal alterna presentando una impedancia de salida baja que impide el acoplamiento de señales de origen externo a través del terminal de salida de señal alterna,
b) la fuente de señal constante está conectada al terminal de salida de señal continua presentando una impedancia de salida lo suficientemente alta como para permitir la presencia en el terminal de entrada de señal de componentes de señal significativas de origen externo débilmente acopladas a través del terminal de entrada de señal cuando se produce un cortocircuito entre el terminal de salida de señal continua y el terminal de entrada de señal,
c) el distribuidor de señal transfiere la señal procedente del oscilador local hacia las entradas del amplificador diferencial presentando un acoplamiento entre el terminal de salida de señal alterna y el terminal de entrada de señal lo suficientemente fuerte como para impedir fluctuaciones significativas de señal en el terminal de entrada de señal debidas a acoplamientos de señal de origen externo desde el terminal de salida de señal alterna hacia el terminal de entrada de señal, ' '
d) el distribuidor de señal presenta un acoplamiento entre el terminal de salida de señal alterna y el terminal de entrada de señal lo suficientemente débil como para permitir la presencia en el terminal de entrada de señal de componentes de señal significativas de origen externo débilmente acopladas a través del terminal de entrada de señal, e) las componentes de señal procedentes del oscilador local se cancelan entre sí a la salida del amplificador diferencial, de forma que no existe ninguna componente significativa de oscilación local a la salida del amplificador diferencial,
f) las componentes de señal acopladas externamente a través del terminal de entrada de señal se transfieren a la salida del amplificador diferencial,
g) la salida ' del detector d .e. comp.on. ente alterna se activa cuando a tra jvés del terminal de entrada de señal se acopla una señal alterna de origen externo de frecuencia igual ó similar a la frecuencia del oscilador local, provocando que la componente alterna de la señal de salida del amplificador diferencial se encuentre dentro de un rango de valores predeterminado,
h) la salida del detector de componente continua se activa cuando a través del ' terminal de entrada de señal se acopla una señal continua, provocando que la componente continua de la señal de salida del amplificador diferencial se encuentre dentro de un rango de valores predeterminado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, consistente en una adaptación para la modalidad de esgrima con espada en la que la pista se encuentra conectada a un oscilador de pista qué crea una tensión entre la pista y el suelo, caracterizado por el hecho de que, , .
a) el terminal de salida de señal alterna se conecta a la cazoleta de la espada, - • - • ; - . - . " . '•'- • • b) el terminal de entrada de señal se conecta á uno de los conductores internos de la espada, . ' . ' , ' .
c) el terminal de salida dé señal continua se conecta al otro conductor interno de la espada. - -
3. Procedimiento según la reivindicación 1, consistente eff una adaptación para la modalidad de esgrima con sable, caracterizado por el hecho de que, ¿ .
a) el terminal de salida de señal alterna se conecta al chaleco del tirador,
b) el terminal de entrada de señal sé conecta a la cazoleta del sable.
4. Circuito detector de tocados para sistemas de 'marcado inalámbricos en esgrima, que comprende un terminal de masa local comíur para todos los bloques, un oscilador local, una fuente de señal constante, un distribuidor de señal, un amplificador diferencial, un detector de componente alterna, un detector de componente continua, un terminal de conexión a masa conectado a la piel del tirador mediante una interfaz conductora, un terminal de salida de señal alterna, un terminal de entrada de señal y un terminal de salida de señal continua, caracterizado por el hecho de que,
a) el oscilador local está conectado al terminal de salida de señal alterna presentando una impedancia de salida baja que impide el acoplamiento de señales de origen externo a través del terminal de salida de señal alterna,
b) la fuente de señal constante está conectada al terminal de salida de señal continua presentando una impedancia de salida lo suficientemente alta como para permitir la presencia en el terminal de entrada de señal de componentes de señal significativas de origen externo débilmente acopladas a través del terminal de entrada de señal cuando se produce un cortocircuito entre el terminal de salida de señal continua y el terminal de entrada de señal,
c) el distribuidor de señal transfiere la señal procedente del oscilador local hacia las entradas del amplificador diferencial presentando un acoplamiento entre el terminal de salida de señal alterna y el terminal de entrada de señal lo suficientemente fuerte como para impedir fluctuaciones significativas de señal en el terminal de entrada de señal debidas a acoplamientos de señal de origen externo desde el terminal de salida de señal alterna hacia el terminal de entrada de señal,
d) el distribuidor de señal presenta un acoplamiento entre el terminal de salida de señal alterna y el terminal de entrada de señal lo suficientemente débil como para permitir la presencia en el terminal de entrada de señal de componentes de señal significativas de origen externo débilmente acopiadas a través del terminal de entrada de señal,
e) las componentes de señal procedentes del oscilador local se cancelan entre sí a la salida del amplificador diferencial, de forma que no existe ninguna componente significativa de oscilación local a la salida del amplificador diferencial, f) las componentes de señal acopladas externamente a través del terminal de entrada de señal se transfieren a la salida del amplificador diferencial,
g) la salida del detector de componente alterna se activa cuando a través del terminal de entrada de señal se acopla una señal alterna de origen externo de frecuencia igual o similar a la frecuencia del oscilador local, provocando que la componente alterna de la señal de salida del amplificador diferencial se encuentre dentro de un rango de valores predeterminado,
h) la salida del detector de componente continua se activa cuando a través del terminal de entrada de señal se acopla una señal continua, provocando que la componente continua de la señal de salida del amplificador diferencial se encuentre dentro de un rango de valores predeterminado.
5. Circuito según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de ser compatible con la modalidad de esgrima con espada.
6. Circuito según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de ser compatible con la modalidad de esgrima con sable.
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