LU87942A1 - CONTROL AND SECURITY SYSTEM FOR MOBILE AND AUTOMATIC ELEMENTS - Google Patents

Description

SYSTEME DE CONTROLE ET DE SECURITE POUR ELEMENTS MOBILES ET AUTOMATIQUESCONTROL AND SECURITY SYSTEM FOR MOBILE AND AUTOMATIC ELEMENTS

Les éléments de fermeture ou de cloisonnement tels les portes et les fenêtres sont très souvent actionnés par un système automatique. On peut citer: toit ouvrant des voitures, vitres électriques, portes d'ascenseur et de garage,...The closing or partitioning elements such as doors and windows are very often actuated by an automatic system. We can cite: sunroof for cars, electric windows, elevator and garage doors, ...

Les normes de sécurité imposent dans la quasi totalité des cas la présence d'un dispositif visant à éviter les accidents comme une partie du corps coincée entre les éléments mobiles. La plupart des installations de sécurité sur des éléments à mouvement automatique sont basées sur les deux principes fondamentaux suivants: - Contrôle et surveillance de l'élément moteur et/ou de sa transmission. Exemple du moteur électrique: contrôle de la puissance absorbée par mesure de courant-tension. Ou encore mesure du couple transmis. - Installation d'un palpeur, type "tout ou rien", destiné à envoyer un signal quand l'objet mobile heurte un obstacle.Safety standards impose in almost all cases the presence of a device aimed at avoiding accidents like a part of the body wedged between the moving parts. Most safety installations on elements with automatic movement are based on the following two fundamental principles: - Control and monitoring of the motor element and / or its transmission. Example of the electric motor: control of the power absorbed by current-voltage measurement. Or measure the transmitted torque. - Installation of a probe, "all or nothing" type, intended to send a signal when the moving object hits an obstacle.

Les deux procédés ont chacun leurs inconvénients. Le premier ne fait qu'une mesure de l'effort fourni à la partie mobile. Le système est donc incapable de contrôler où l'effort est absorbé: par un éventuel obstacle ou par le mécanisme de transmission. L'inconvénient résultant est par exemple le déclenchement d'un arrêt d'urgence en l'absence d'obstacle réel. Il suffît qu'un système de transmission coince légèrement pour absorber suffisamment d'énergie et la procédure d'arrêt d'urgence s'amorce. La volonté d'avoir une marge de sécurité importante conduit souvent à des arrêts intempestifs de l'installation.Both methods have their drawbacks. The first only makes a measurement of the force supplied to the mobile part. The system is therefore unable to control where the force is absorbed: by a possible obstacle or by the transmission mechanism. The resulting drawback is for example the triggering of an emergency stop in the absence of a real obstacle. A transmission system only need to jam slightly to absorb enough energy and the emergency stop procedure begins. The desire to have a large safety margin often leads to untimely shutdowns of the installation.

Le deuxième procédé est incapable de définir la nature de l'obstacle. Π réagit à un seuil donné et ignore l'amplitude de l'effort fourni par l'obstacle. Si le seuil fixé est trop bas, un simple effleurement déclenche l'arrêt d'urgence qui n'est pas nécessaire. En revanche si le seuil est fixé trop haut, l'arrêt d'urgence peut être déclenché tardivement avec un risque de dégât.The second process is unable to define the nature of the obstacle. Π reacts to a given threshold and ignores the amplitude of the force provided by the obstacle. If the set threshold is too low, a simple touch triggers the emergency stop which is not necessary. On the other hand, if the threshold is set too high, the emergency stop can be triggered late with a risk of damage.

Le but de l'invention est de proposer une solution aux inconvénients des méthodes énoncées ci-dessus.The object of the invention is to propose a solution to the drawbacks of the methods set out above.

La présente invention se base sur l'utilisation de capteurs FSR™, c.à d. de résistance à détection de force, en tant que senseurs de sécurité pour éléments mobiles comme : toit ouvrant électrique de voiture, portes automatiques d'ascenseurs, portes de garage, etc. A cet effet on place un capteur FSR™ ayant les dimensions "ad hoc" sur l'arète d'un élément mobile ou coulissant, commandé automatiquement afin de palper sur toute la longueur de l'arète la présence d'un élément ou d'un objet susceptible d'entraver le mouvement de la partie mobile et de déclencher le cas échéant une procédure d'urgence comme une alarme ou l'arrêt de l'élément moteur et/ou du mouvement L'avantage d'utiliser un FSR™ en tant que palpeur de force réside dans sa grande dynamique de mesure d'effort, typiquement de 10 g/cm2à 10 kg/cm2soit un facteur 1000 entre la pression minimale détectable et la pression maximale de saturation, ce qui autorise une grande souplesse dans la détermination du seuil d'alarme, voire un établissement de plusieurs seuils pour déclencher plusieurs types d'actions, voire encore une intégration du capteur de pression dans une boucle d'asservissement de la commande de l'actuateur de l'élément mobile. L'invention est décrite plus en détail ci-après et elle est illustrée par les figures annexes: la figure 1 étant une coupe schématique à travers un FSR™ la figure 2 étant une illustration d'une application d'un FSR™ et les figures 3 et 4 étant les représentations de deux systèmes de commandeThe present invention is based on the use of FSR ™ sensors, ie. resistance to force detection, as security sensors for mobile elements such as: electric car sunroof, automatic elevator doors, garage doors, etc. For this purpose, an FSR ™ sensor having the "ad hoc" dimensions is placed on the edge of a movable or sliding element, automatically controlled in order to palpate over the entire length of the edge the presence of an element or an object liable to impede the movement of the moving part and, if necessary, to initiate an emergency procedure such as an alarm or the stopping of the motor element and / or of movement The advantage of using an FSR as long as a force sensor resides in its large dynamic force measurement, typically from 10 g / cm2 to 10 kg / cm2, or a factor of 1000 between the minimum detectable pressure and the maximum saturation pressure, which allows great flexibility in determining of the alarm threshold, or even the establishment of several thresholds to trigger several types of actions, or even an integration of the pressure sensor in a control loop for controlling the actuator of the mobile element. The invention is described in more detail below and it is illustrated by the appended figures: FIG. 1 being a diagrammatic section through an FSR ™, FIG. 2 being an illustration of an application of an FSR ™ and the figures 3 and 4 being the representations of two control systems

Les FSR™ (1) (figure 1), ou "résistances à détection deforce", (Force Sensing Resistors en anglais, l'acronyme FSR étant enregistré comme une marque), sont des composants dont la résistance électrique décroît proportionnellement avec la force normale appliquée. - Ils se trouvent décrits dans le brevet américain n° 4,489,302.FSR ™ (1) (Figure 1), or "Force Sensing Resistors", are components whose electrical resistance decreases proportionally with normal force applied. - They are described in American patent n ° 4,489,302.

Un FSR™ se présente sous la forme d'un laminé constitué de 2 parties: la première est une couche d'un élément semi conducteur (11), la deuxième est faite de deux peignes de conducteurs interdigités (10) qui sous l'effet d'une pression sont électriquement shuntés par la couche résistive. A force nulle la résistance est très élevée, de l'ordre de plusieurs megaohms, pour décroître jusqu'à environ 1 kß pour une pression de 10 kg/cm2. L'épaisseur est de quelque dixièmes de millimètres.An FSR ™ is in the form of a laminate made up of 2 parts: the first is a layer of a semiconductor element (11), the second is made of two combs of interdigitated conductors (10) which under the effect of a pressure are electrically shunted by the resistive layer. At zero force the resistance is very high, of the order of several megaohms, to decrease to around 1 kß for a pressure of 10 kg / cm2. The thickness is some tenths of a millimeter.

Ces capteurs ont l'avantage de pouvoir être fabriqués avec une grande liberté de dimensions. On peut par exemple produire un capteur de 50 cm de long sur 1 cm de large. Si des longueurs supérieures sont souhaitées, on peut facilement connecter ces bandelettes les unes à la suite des autres.These sensors have the advantage of being able to be manufactured with great freedom of dimensions. One can for example produce a sensor 50 cm long by 1 cm wide. If longer lengths are desired, these strips can easily be connected one after the other.

La bandelette sensitive (10) du FSR™ (1) se colle sur l'arète de l'objet mobile. Par exemple sur le chant d'une porte coulissante (20) (toit ouvrant d'un véhicule, porte d'ascenseur,...) Voir figure 2.The FSR ™ sensitive strip (10) (1) sticks to the edge of the moving object. For example on the edge of a sliding door (20) (sunroof of a vehicle, elevator door, ...) See Figure 2.

Une couche protectrice facultative (25) qui est une bandelette de caoutchouc recouvre le FSR™ (1). Cette protection distribue également la force de l'obstacle de façon plus homogène. La porte est guidée par des rails (21) ou tout autre dispositif à glissière. Dans certains cas la porte peut également pivoter au lieu d'être animée d'un mouvement linéaire : porte de garage basculante par exemple.An optional protective layer (25) which is a rubber strip covers the FSR ™ (1). This protection also distributes the force of the obstacle more evenly. The door is guided by rails (21) or any other sliding device. In some cases the door can also pivot instead of being driven in a linear movement: tilting garage door for example.

La porte est mise en mouvement par un actionnera· (22) qui agit par l'intermédiaire d'une transmission (23). L'actionneur est piloté par un système de commande adéquat (24). Un câble bifilaire (26) relie le FSR™ (1) au système de commande qui lit la valeur de la résistance électrique à laquelle correspond une valeur de la force de résistance mécanique présentée par l'obstacle.The door is set in motion by an actuator · (22) which acts via a transmission (23). The actuator is controlled by a suitable control system (24). A two-wire cable (26) connects the FSR ™ (1) to the control system which reads the value of the electrical resistance to which corresponds a value of the mechanical resistance force presented by the obstacle.

Les caractéristiques de l'ensemble dépendent principalement de l'organe de commande.The characteristics of the assembly depend mainly on the control member.

Suivant la possibilité illustrée par la. figure 3, l'établissement d'un seuil de comparaison permet de déclencher une action à une force donnée ;According to the possibility illustrated by the. FIG. 3, the establishment of a comparison threshold makes it possible to trigger an action at a given force;

Le FSR™ (1) est monté en diviseur de tension avec une résistance (31) de 47 kD environ. Ce diviseur attaque un simple comparateur (30) qui sort un "un" ou un "zéro" logique selon que la valeur du FSR™ dépasse un certain seuil qui est défini par la valeur de la résistance électrique (31) et la tension de référence appliquée sur la deuxième entrée du comparateur.The FSR ™ (1) is mounted as a voltage divider with a resistance (31) of around 47 kD. This divider attacks a simple comparator (30) which outputs a logical "one" or "zero" depending on whether the value of the FSR ™ exceeds a certain threshold which is defined by the value of the electrical resistance (31) and the reference voltage applied to the second comparator input.

Il est clair qu'en plaçant n comparateurs en parallèle avec n seuils différents, on pourra entamer n actions distinctes pour chaque dépassement de seuil. Par exemple ralentir le mouvement en cas de détection d'une faible pression et stopper si une pression importante est mesurée. Dans le schéma on a: n = 2. Si on applique cet exemple à une porte d'ascenceur, le système fait qu'à la rencontre de l'obstacle la vitesse de fermeture diminue pour s'arrêter si la pression détectée dépasse le deuxième seuil, c. à d. si l'obstacle ne s'est pas écarté.It is clear that by placing n comparators in parallel with n different thresholds, it will be possible to initiate n distinct actions for each crossing of threshold. For example, slowing down the movement when low pressure is detected and stopping if high pressure is measured. In the diagram we have: n = 2. If we apply this example to an elevator door, the system makes that when meeting the obstacle the closing speed decreases to stop if the pressure detected exceeds the second threshold, c. to d. if the obstacle has not been removed.

Cette application simple peut encore être améliorée en utilisant non pas des seuils discrets qui sont définis par le nombre de comparateurs et de seuils de tension différents mais une information continue. Ceci conduit à l'application illustrée par la figure 4.This simple application can be further improved by using not discrete thresholds which are defined by the number of comparators and different voltage thresholds but continuous information. This leads to the application illustrated in Figure 4.

Une autre possibilité est de placer le FS R™ dans un retour de boucle pour asservir la force du moteur sur la pression détectée sur l'obstacle.Another possibility is to place the FS R ™ in a loop return to control the force of the motor on the pressure detected on the obstacle.

Placé sur l'arète la plus en avant de la porte, le FSR™ va transformer une pression due à l'éventuel obstacle rencontré en une résistance électrique, ou tension s'il est monté dans un diviseur de tension. Cette tension, admettons qu'elle varie entre 0 et 10 V, 0 V pour 0 g/cm2 et 10 V pour 1 kg/cm2, est injectée sur le régulateur de vitesse du moteur. De 0 à 8 V par exemple, la vitesse diminue jusqu'à une valeur nulle. A partir de 8 V elle s'inverse avec un module croissant jusqu'à 10V, c. à d. que la partie mobile change de sens de mouvementPlaced on the edge furthest from the door, the FSR ™ will transform a pressure due to the possible obstacle encountered into an electrical resistance, or voltage if it is mounted in a voltage divider. This voltage, let's admit that it varies between 0 and 10 V, 0 V for 0 g / cm2 and 10 V for 1 kg / cm2, is injected on the speed regulator of the motor. From 0 to 8 V for example, the speed decreases to a zero value. From 8 V it reverses with an increasing module up to 10 V, c. to d. the moving part changes direction of movement

Ce type de montage donne le maximum de sécurité car il s'adapte à la situation. Si l'obstacle rencontré n'offre pas une grande résistance le système aura tendance à forcer pour tester si cela "passe quand même", avec éventuellement une sécurité supplémentaire temporelle. Si la résistance devient trop grande, le système s'arrête ou même recule pour ' libérer l'obstacle, par exemple le toit ouvrant d'une voiture qui libère le membre coincé d'une personne.This type of mounting gives maximum security because it adapts to the situation. If the obstacle encountered does not offer great resistance, the system will tend to force to test whether it "passes anyway", possibly with additional temporal security. If the resistance becomes too great, the system stops or even backs up to release the obstacle, for example the sunroof of a car which releases the trapped limb of a person.

Claims (5)

1. Système de contrôle et de sécurité pour éléments mobiles et automatiques caractérisé en ce que l'on place au moins un capteur FSR™ (Résistance à Détection de Force) sur l'élément mobile à commande automatique, en ce que le FSR™ palpe la présence d'un élément susceptible d'entraver le mouvement de la partie mobile et en ce que le FSR™ déclenche une intervention sur la commande automatique de l'élément mobile.1. Control and security system for mobile and automatic elements characterized in that at least one FSR ™ sensor (Resistance to Force Detection) is placed on the mobile element with automatic control, in that the FSR ™ palpates the presence of an element liable to impede the movement of the mobile part and in that the FSR ™ triggers an intervention on the automatic control of the mobile element. 2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le FSR™ est appliqué sur une partie de l'élément mobile susceptible de rencontrer un obstacle, par exemple une arête.2. System according to claim 1, characterized in that the FSR ™ is applied to a part of the movable element capable of encountering an obstacle, for example an edge. 3. Système suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que par dessus le FSR™ appliqué à la partie mobile on superpose une couche protectrice capable de trans-mettre la pression.3. System according to claims 1 and 2, characterized in that over the FSR ™ applied to the mobile part is superimposed a protective layer capable of transmitting pressure. 4. Système suivant des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il permet de déclencher plusieurs types d'actions distinctes en fonction de la plage de pression détectée.4. System according to claims 1 to 3, characterized in that it makes it possible to trigger several types of distinct actions according to the pressure range detected. 5. Système suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'action déclenchée commande la vitesse et/ou le sens de déplacement de l'élément mobile.5. System according to claim 4, characterized in that the action triggered controls the speed and / or the direction of movement of the movable element.