ES2234195T3 - Dispositivo para controlar un sistema fisico. - Google Patents
Dispositivo para controlar un sistema fisico.Info
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Abstract
Dispositivo para controlar un sistema físico en un área extensa basado en la detección de los parámetros de dicho sistema y en la generación de señales de control que influyen en dicho sistema, incluyendo una pluralidad de unidades celulares (1) esencialmente idénticas colocadas en dicha zona a intervalos regulares, en el que cada célula (1) incluye al menos un detector (10) para la detección de al menos uno de dichos parámetros, y medios de salida (21, 22, 23) para generar, al menos, una de dichas señales de control, caracterizado porque cada célula incluye medios de comunicación (15, 16) para intercambiar información con las unidades celulares vecinas (1) de dicho área y medios de control (13) para controlar dichos medios de salida (21, 22, 23) en función de, al menos, un parámetro detectado por dicho detector (10) y de la información recibida a través de dichos medios de comunicación (15, 16).
Description
Dispositivo para controlar un sistema físico.
La presente invención se refiere a un dispositivo
para controlar un sistema físico y a un suelo de acuerdo con el
preámbulo de las reivindicaciones 1 y 15, así como a las
aplicaciones de dicho dispositivo.
Mediante el término "sistema físico",
entendemos cualquier sistema que pueda variar su estado a lo largo
del tiempo y cuyo estado se expresa mediante parámetros físicos y en
el que el estado del sistema puede estar influido por señales
físicas de control. Entre los ejemplos de dichos sistemas podemos
citar el tráfico de vehículos y/o peatones, los objetos de un
sistema de almacenamiento y distribución, etc.
Para controlar dichos sistemas se requieren
dispositivos complejos, como controles de tráfico, sistemas de
gestión de almacenes, etc. Debido a su complejidad, el diseño, la
instalación y el mantenimiento de dichos dispositivos suelen ser
complicados y costosos.
El documento US 5750937 relativo a la técnica
anterior describe un aparato de detección de fuerza en células de
múltiple carga, que incluye una pluralidad de células de carga
controladas mediante un controlador principal a través de una red
secuencial.
El problema que debe resolver la presente
invención radica, por lo tanto, en facilitar un dispositivo y un
suelo de este tipo que resulten más sencillos de diseñar, instalar y
mantener.
Este problema se resuelve mediante el dispositivo
de las reivindicaciones 1 y 15.
Mediante la utilización de una pluralidad de
unidades celulares idénticas dispuestas periódicamente a lo largo
del área que va a someterse a control se simplifican el diseño, la
instalación y el mantenimiento del dispositivo.
Preferiblemente, las unidades celulares forman un
modelo homogéneo y bidimensional. Al igual que las baldosas, pueden
unirse para formar un suelo esencialmente continuo, con una forma
arbitraria que nuevamente simplifica el diseño y la instalación del
dispositivo.
En una realización preferida, las unidades
celulares son esencialmente hexagonales y forman un patrón
hexagonal. Se ha demostrado que un sistema hexagonal proporciona una
mejor resolución espacial que, por ejemplo, un sistema ortogonal.
Preferiblemente, cada unidad celular incluye unos medios de
comunicación para comunicarse con cada una de sus seis unidades
vecinas, con lo que se obtiene un potente patrón de comunicaciones
en el que cada célula puede enviar mensajes en seis direcciones.
Además de las unidades celulares hexagonales,
también resultan ventajosas las unidades con cualquier otra forma de
mosaico o, por lo menos, las unidades que dispongan de medios de
comunicación para comunicarse con un número de unidades vecinas
igual al número de lados que tenga la unidad.
La comunicación entre las unidades celulares
puede ser inalámbrica, preferiblemente mediante enlaces ópticos. De
este modo, se elimina la necesidad de incluir conexiones físicas, lo
que simplifica la instalación y aumenta el grado de fiabilidad.
Preferiblemente, todas las unidades celulares
cuentan con conexiones de alimentación conectadas al menos a dos, y
preferiblemente a todas las células vecinas, formando de este modo
una red de alimentación redundante que alimenta la totalidad de
dichas unidades celulares. La alimentación de todas las unidades
celulares puede conseguirse simplemente situando de forma contigua
las unidades celulares y conectando las conexiones de la
alimentación.
Para la puesta en marcha del sistema o de las
unidades celulares individuales, todas las unidades celulares
disponen de medios de auto-carga que cargan los
parámetros de control del comportamiento de las células desde sus
células vecinas. Estos parámetros pueden ser, por ejemplo, valores
numéricos, un programa para un microprocesador o un modelo de
conexión para una matriz de puerta programable.
Entre los ejemplos de sistemas físicos que pueden
controlarse mediante este dispositivo se encuentran:
- -
- Objetos en movimiento (como peatones o vehículos) en una zona dada, en la que las señales de control son señales, luces, sonidos, etc., las cuales pueden ser percibidos por los objetos. Entre sus aplicaciones se encuentran, por ejemplo, los sistemas de control de tráfico para vehículos o peatones o una pista de juegos en la que los jugadores actúan de acuerdo con unas normas determinadas por las señales, las luces, etc.
- -
- Un modelo de flujo de un fluido, en el que las señales de control son paletas ajustables que guían el flujo;
- -
- Objetos que han de ser transportados, donde las señales de control, están previstas como dispositivos de accionamiento (como unidades transportadoras) que desplazan los objetos en varias direcciones. Entre las aplicaciones se encuentran, por ejemplo, los sistemas automáticos de almacenamiento o distribución.
En las reivindicaciones dependientes, se
describen otras realizaciones preferidas y aplicaciones de la
invención, así como en la siguiente descripción, que hace referencia
a las figuras. Estas muestran:
La figura 1, un suelo consistente en unidades
celulares hexagonales.
La figura 2, una unidad celular individual del
suelo de la figura 1.
La figura 3, una sección a través de la unidad
celular situada a lo largo de la línea III-III de la
figura 2.
La figura 4, una sección a lo largo de la
línea
IV-IV de la figura 2.
IV-IV de la figura 2.
La figura 5, un diagrama esquemático del cableado
de la unidad celular.
La figura 6, un diagrama de bloques de la
electrónica de control de una unidad celular, y
La figura 7, una realización alternativa de la
invención.
El diseño mecánico de una realización preferida
de la presente invención se muestra en las figuras
1-4. Dicho diseño incluye una pluralidad de unidades
celulares hexagonales 1, que se encuentran unidas siguiendo un
patrón hexagonal, regular y repetitivo para formar un suelo 2.
Como puede apreciarse mejor en la figura 3, cada
una de las unidades celulares 1 incluye un bastidor, consistente en
seis perfiles de aluminio 3 que descansan sobre una base 4. Los
perfiles incluyen una proyección exterior 5 que linda con la
correspondiente proyección exterior de los perfiles de las unidades
celulares vecinas y que definen unos huecos 6 entre las unidades
celulares. Se utiliza un sellador 7 para cerrar los huecos 6 desde
arriba. Además, el perfil 3 incluye unas proyecciones interiores 8
para sustentar una placa de cubierta translúcida 9. Tres detectores
de peso 10 se encuentran dispuestos entre las proyecciones
interiores 8 y la placa de cubierta 9 para medir el peso que
descansa sobre la placa de cubierta 9. Tres detectores de peso
simulados o espaciadores 10' se encuentran dispuestos en los lados
opuestos a los detectores de peso para soportar la placa de cubierta
9. La parte inferior de las unidades celulares 1 está cerrada
mediante una placa inferior 11 que descansa sobre una sección de pie
12 de los perfiles 3.
El circuito de control 13 está dispuesto en el
interior de cada unidad celular 1 y su funcionamiento se explica más
adelante. Este circuito está conectado a unos transmisores y
receptores ópticos 14, 15 situados en el bastidor 3 y que
proporcionan un medio de comunicación óptico sin contacto con las
unidades celulares vecinas. Un emisor 14 y un receptor 15 se
encuentran a cada lado de la unidad celular formando de este modo un
medio de comunicaciones bi-direccionales con cada
unidad celular vecina.
Además, como se muestra en la figura 4, dos
contactos esféricos cargados mediante resorte se encuentran situados
a cada lado de la unidad celular. Dichos contactos proporcionan un
contacto eléctrico bipolar con cada una de las unidades celulares
vecinas para un sistema de alimentación eléctrica.
La disposición de los detectores de peso 10, de
los transmisores 14 y de los receptores 15, así como de los
contactos 16, puede apreciarse mejor en la figura 5.
Los detectores de peso 10 están montados en tres
lados de la unidad celular para proporcionar un apoyo estable para
la placa de cubierta 9.
Los transmisores 14 y los receptores 15 están
dispuestos de forma alternativa en torno a la unidad celular de modo
que cada emisor 14 esté alineado con un receptor 15 de una unidad
celular vecina.
Los contactos bipolares 16 se encuentran situados
en el centro de cada lado para establecer contacto con los
correspondientes contactos de la siguiente célula vecina. Se
encuentran conectados a un bus de alimentación bipolar interno común
18. El bus de alimentación 18 alimenta el circuito de control 13 y
forma parte de una red de alimentación hexagonal, que se encuentra
conectado a una fuente de alimentación externa al piso 2. Esto
garantiza que todas las unidades celulares se encuentren conectadas
de forma segura a la fuente de alimentación tan pronto como hacen
contacto con, al menos, una unidad celular vecina.
La disposición simétrica de la unidad celular
permite a estas extenderse en cualquier sentido. Esto y la ausencia
de conexiones que deban realizarse manualmente, permiten el montaje
de suelos formados por estas unidades celulares mediante personal
con una formación mínima.
La figura 6 muestra un diagrama de bloques del
circuito de control 13. Incluye una matriz de puerta programable
(PGA) 20 en el circuito, que está conectada a la sección de
entrada/salida formada por los transmisores 14 y los receptores 15,
así como a los detectores de peso 10. Además, la PGA 20 controla una
pluralidad de fuentes luminosas 21 de diferentes colores
incorporadas a la unidad celular y que iluminan desde la parte
inferior su placa de cubierta translúcida 9, de forma que pueda
verse su luz desde arriba. La PGA 20 está también conectada a un
generador de sonido y a un altavoz 22. El altavoz 22 se encuentra
situado bajo la placa de cubierta 9 y es capaz de emitir sonidos que
pueden ser oídos desde arriba.
Además, el circuito de control 13 incluye un
microprocesador 23, cuya configuración es cargada por la PGA 20.
El funcionamiento de cada unidad celular es el
siguiente:
En el momento del encendido, el microprocesador
23 asume el control y trata de comunicarse con cualquier unidad
celular vecina a través de los transmisores 14 y los receptores 15.
Tan pronto como se establece dicha conexión, consulta a las unidades
celulares vecinas para transmitir unos datos de configuración que
incluyan el patrón de conexiones de la matriz de puerta y el
software de funcionamiento para sí mismo. Si la unidad celular
vecina ya está configurada, transmite estos datos. Los datos se
cargan en la PGA y en la RAM de programas del microprocesador 23.
Además, la unidad celular vecina transmite la información de sus
coordenadas, describiendo su situación y orientación en el suelo 2,
lo que permite a la célula inicial deducir su propia posición y
orientación, así como información que describa en qué dirección
deben enviarse los datos a través del suelo.
Este esquema de alimentación permite poner en
funcionamiento el suelo 2 y configurar desde él todas las unidades
celulares 1. Normalmente una de sus unidades celulares de las
esquinas está programada previamente con los datos de configuración
o recibe estos de un ordenador externo en el momento del encendido.
A continuación, estos datos se propagan automáticamente a través de
todo el suelo.
Una vez que se ha puesto en marcha el suelo y se
ha configurado, ya está dispuesto para funcionar de acuerdo con las
instrucciones facilitadas por el modelo de conexiones de la matriz
de puerta y el programa del microprocesador. Si fuese necesario,
puede reconfigurarse posteriormente transmitiendo un comando de
re-configuración y una nueva configuración a una
célula, propagándose después a través de todo el suelo.
Pueden intercambiarse datos entre células
vecinas. Para una comunicación de largo alcance, los mensajes se
transmiten desde una célula a la siguiente hasta que alcanzan su
destino.
Si durante la propagación del mensaje se
determina que una unidad celular adyacente ha dejado de ser
operativa (o si se ha retirado o ha desaparecido), el mensaje puede
comunicarse aún a través de las unidades celulares situadas en
cualquiera de los lados de la célula no operativa. Como resultado de
esta propiedad y del esquema de encendido descrito anteriormente,
cualquier unidad celular que haya sufrido un fallo puede retirarse y
sustituirse sin afectar a la funcionalidad del suelo.
El comportamiento del suelo viene determinado por
los datos de configuración y depende de la forma en la que va a
utilizarse el suelo. Por ejemplo:
En una realización, puede utilizarse el suelo
como un sistema de guiado para peatones. Por ejemplo, puede
utilizarse para distribuir uniformemente un flujo de peatones a
través de diversos pasos equivalentes. Con este propósito se tiende
el suelo situado antes de los pasos con unidades celulares como las
descritas anteriormente. Las unidades celulares situadas a la
entrada de cada paso transmiten señales de recuento que indican el
número de peatones que pasan por ellas. Estas señales se propagan
linealmente desde una unidad celular a la siguiente.
Cuando una unidad celular del suelo detecta la
presencia de un peatón mediante sus detectores de peso 10, trata de
facilitar al peatón una pista sobre dónde puede ir. Para este fin,
comprueba el recuento de señales de entrada y determina la dirección
de la señal que muestra un recuento inferior. A continuación, genera
un comando flash y lo emite a la unidad celular adyacente situada en
dicha dirección. La unidad celular receptora parpadea con una luz
verde durante un tiempo predeterminado y, después, a su vez, emite
el comando flash a su unidad celular adyacente situada en la
dirección deseada, que también hace parpadear su luz y emite una vez
más el comando. Para el peatón, esto genera una serie de puntos
luminosos que se inician en la posición donde se encuentra y que se
dirigen hacia la dirección deseada, informándole de este modo a
dónde dirigirse.
Un suelo así diseñado no sólo puede agilizar el
flujo de tráfico sino también utilizarse para recopilar datos
estadísticos, por ejemplo para contar el número de peatones. A fin
de recopilar dichos datos a partir de las unidades celulares
individuales del suelo, los datos pueden transmitirse a unidades
celulares vecinas hasta tanto que, mediante una serie de
comunicaciones entre unidades celulares, alcanza el extremo del
suelo, donde las unidades celulares transmiten los datos a un equipo
informático convencional. Asimismo o alternativamente, la
comunicación con ordenadores externos puede realizarse también
mediante células especializadas que no están situada en el
extremo.
extremo.
El suelo descrito hasta ahora puede utilizarse
también para aplicaciones adicionales, como:
- -
- Estimular el flujo de público, por ejemplo en una aeropuerto, marcando los recorridos por los que la gente debe caminar y las zonas de descanso en las que puede quedarse parado, adaptando los recorridos y las zonas de descanso a los requisitos actuales;
- -
- Para juegos, como el fútbol con una pelota virtual, o el "Pacman", en el que un ser humano es el comecocos "Pacman" y el suelo genera los fantasmas y marcas de recorrido, y/o
- -
- Exhibir diseños gráficos.
Adaptando adecuadamente el tamaño y
la forma de las unidades celulares y de sus detectores de peso,
también pueden utilizarse para guiar el tráfico de
vehículos.
En las realizaciones precedentes, las unidades
celulares son físicamente idénticas. No obstante, es posible que
presenten configuraciones diferentes. En particular, las unidades
celulares individuales pueden programarse para que tengan parámetros
individuales. Para facilitar dicha programación, las unidades
celulares soportan un protocolo de comunicaciones que permite que un
ordenador externo envíe mensajes dirigidos a las células
individuales. Dichos mensajes son remitidos por las unidades
celulares hasta que llegan a su destino.
En la realización de la figura 6, se utilizan
unas lámparas 21 como medios de salida para las unidades celulares.
Cuando se interactúa con seres humanos, las lámparas rojas, por
ejemplo, pueden utilizarse para señalar las áreas prohibidas, las
lámparas verdes para las áreas preferidas y las lámparas amarillas
para las direcciones de recorrido. Además, el altavoz 22 puede
emitir sonidos de advertencia o sonidos de aliento, o mensajes
hablados.
Cuando se interactúa con usuarios no humanos,
como los vehículos robot, las lámparas, por ejemplo, pueden
sustituirse por radiotransmisores de corto alcance, bobinas de
inducción o medios de comunicación por infrarrojos.
Alternativa o adicionalmente, los medios de
salida también pueden incluir dispositivos de accionamiento que
generen señales mecánicas de control, como los mostrados en la
figura 7. En este caso, un rodillo cilíndrico orientado 30 está
situado en el centro de cada unidad celular 1. Está montado sobre un
medio de sujeción giratorio 31, que puede girar alrededor de un eje
vertical 32. Unos rodamientos pasivos 33 se encuentran situados en
las esquinas de la unidad celular 1.
Un suelo formado por unidades celulares 1, como
el mostrado en la figura 7, es capaz de transportar cargas situadas
sobre él en direcciones arbitrarias, ajustando la orientación de los
medios de sujeción giratorios 31. Por ejemplo, puede utilizarse para
transportar equipajes en una zona de recogida de equipajes, o
"palets" en un almacén automatizado.
Claims (15)
1. Dispositivo para controlar un sistema físico
en un área extensa basado en la detección de los parámetros de dicho
sistema y en la generación de señales de control que influyen en
dicho sistema, incluyendo una pluralidad de unidades celulares (1)
esencialmente idénticas colocadas en dicha zona a intervalos
regulares, en el que cada célula (1) incluye al menos un detector
(10) para la detección de al menos uno de dichos parámetros, y
medios de salida (21, 22, 23) para generar, al menos, una de dichas
señales de control, caracterizado porque cada célula incluye
medios de comunicación (15, 16) para intercambiar información con
las unidades celulares vecinas (1) de dicho área y medios de control
(13) para controlar dichos medios de salida (21, 22, 23) en función
de, al menos, un parámetro detectado por dicho detector (10) y de la
información recibida a través de dichos medios de comunicación (15,
16).
2. Dispositivo de la reivindicación 1, en el que
dichas unidades celulares (1) se encuentran dispuestas siguiendo un
patrón homogéneo y bidimensional a través de dicho área.
3. Dispositivo de una de las reivindicaciones
precedentes en el que dichas unidades celulares (1) están unidas
para formar un suelo esencialmente continuo (2) en dicho área.
4. Dispositivo de una de las reivindicaciones
precedentes en el que dichas unidades celulares (1) están unidas
formando un patrón hexagonal.
5. Dispositivo de la reivindicación 4 en el que
dichas unidades celulares (1) son esencialmente hexagonales.
6. Dispositivo de las reivindicaciones 4 ó 5, en
el que cada unidad celular (1) incluye unos medios de comunicación
(15, 16) para comunicarse con cada una de sus seis unidades
vecinas.
7. Dispositivo de una de las reivindicaciones de
anteceden, en el que dichos medios de comunicación (15, 16) son
medios de comunicación inalámbricos, preferiblemente ópticos.
8. Dispositivo de una de las reivindicaciones
precedentes, en el que cada unidad celular (1) incluye conexiones de
alimentación (16) conectadas al menos a dos, y preferiblemente a
todas las unidades celulares vecinas (1), formando de ese modo una
red de alimentación redundante a través de dichas unidades celulares
(1) que alimentan a la totalidad de dichas unidades celulares
(1).
9. Dispositivo de una de las reivindicaciones
precedentes, en el que cada unidad celular (1) dispone de unos
medios de auto-carga (23) para recuperar los
parámetros de control de las unidades celulares vecinas (1) al poner
en funcionamiento la unidad celular.
10. Dispositivo de una de las reivindicaciones
precedentes, en el que dichos medios de salida incluyen al menos una
fuente luminosa (21) y preferiblemente varias fuentes luminosas de
diferentes colores.
11. Dispositivo de una de las reivindicaciones
precedentes, en el que dichos medios de salida incluyen al menos un
emisor sonoro (22).
12. Dispositivo de una de las reivindicaciones
precedentes, en el que dichos medios de salida incluyen al menos un
dispositivo de accionamiento (32) para actuar sobre los objetos
situados en dicha unidad celular y, preferiblemente, en el que dicho
dispositivo de accionamiento es un mecanismo transportador con
dirección de transporte ajustable.
13. Dispositivo de una de las reivindicaciones
precedentes, en el que las unidades celulares (1) forman un mosaico
y/o disponen de unos medios de comunicación para comunicarse con las
unidades vecinas.
14. Utilización del dispositivo de una de las
reivindicaciones precedentes para controlar un flujo de tráfico,
preferiblemente un flujo de tráfico de peatones.
15. Suelo para controlar un flujo de peatones
caracterizado por una pluralidad de células idénticas (1)
dispuestas regularmente sobre el suelo, en el que cada célula
incluye al menos un detector (10) para detectar la presencia en él
de un peatón, al menos una fuente luminosa (21, 22) para informar a
los peatones hacia dónde pueden dirigirse y unos medios de
comunicación (15, 16), y en el que el suelo incluye medios de
control para controlar las fuentes luminosas (21, 22) en función de
las señales procedentes de dichos detectores.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP99120136A EP1091334B1 (en) | 1999-10-08 | 1999-10-08 | A device for controlling a physical system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2234195T3 true ES2234195T3 (es) | 2005-06-16 |
Family
ID=8239162
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES99120136T Expired - Lifetime ES2234195T3 (es) | 1999-10-08 | 1999-10-08 | Dispositivo para controlar un sistema fisico. |
Country Status (6)
| Country | Link |
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| EP (1) | EP1091334B1 (es) |
| JP (1) | JP2001180810A (es) |
| AT (1) | ATE285100T1 (es) |
| DE (1) | DE69922653T2 (es) |
| ES (1) | ES2234195T3 (es) |
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