ES2272965T3 - Metodo y sistema para obtener datos de posicion. - Google Patents

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Abstract

Un sistema de detección de posición para su uso en asociación con aplicaciones informáticas, comprendiendo el sistema: un elemento posicional (14) destinado a alcanzar una posición y que comprende un primer emisor para emitir una forma de onda ultrasónica continua, y una disposición de detectores (20) para detectar dicha forma de onda de manera que permita la fijación de dicha posición y enviar en salida dicha forma de onda con fines de cálculo, con carácter retentivo de dicha aptitud para fijar la posición, caracterizado porque: Dicha forma de onda ultrasónica comprende: una onda portadora, y una modulación integrada sobre dicha onda portadora de la que derivar dicha fijación de dicha posición.

Description

Método y sistema para obtener datos de posición.
Campo y antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento y sistema para obtener datos de coordenadas bidimensionales o tridimensionales en el espacio y, más particularmente, pero no exclusivamente, a un elemento posicional y hardware y software de soporte para obtener tal información sobre coordenadas. En términos generales, una unidad es capaz de determinar la posición, típicamente con relación a sí misma, de otra unidad.
El campo del posicionamiento en pequeños espacios, es decir el posicionamiento dentro de espacios de unos pocos metros o menos, incluye cierto número de campos, principalmente dispositivos de punteo destinados a la interacción con ordenador, y robótica y control de máquinas, pero incluyendo también juguetes, control de inventario y otros campos. Determinadas aplicaciones pueden requerir soluciones en 2D, otras pueden requerir soluciones en 3D. Por otra parte, determinadas aplicaciones tales como dispositivos de punteo pueden requerir solamente comunicación unidireccional, mientras, por ejemplo la robótica, puede requerir comunicación bidireccional.
1) Dispositivos de punteo Lápices digitales
Los lápices digitales son dispositivos de punteo usados para la detección electrónica de escritura manual o dibujo manual, o para punteo general. Los lápices digitales usan generalmente tecnologías tales como acústica, IR y óptica. Otras versiones usan acelerómetros que captan aceleraciones y transmiten los datos a una estación base. Otra versión es una cámara que analiza pequeños códigos de impresión sobre papel especial para determinar su posición. Otros lápices usan para su funcionamiento tecnologías electromagnéticas (incluyendo pasivas y activas) y otras. Algunos de los lápices digitales son una unidad autónoma, lo que implica que el lápiz trabaja de forma independiente, proporcionando como salida sus propias coordenadas totalmente procesadas,. y estos son típicos de unidades basadas en cámaras ópticas y digitales. Otros, especialmente dispositivos acústicos y electromagnéticos, requieren una unidad receptora o sensora.
Los Lápices digitales se usan de forma generalizada con PC, ordenadores portátiles, asistentes digitales personales (PDA), teléfonos móviles, libros electrónicos y similares.
Pizarras blancas digitales interactivas
La pizarra blanca digital interactiva es una pizarra blanca que recoge datos escritos desde la pizarra en un ordenador asociado. Una de las tecnologías comunes en este campo es el posicionamiento acústico: se sitúa un marcador en una funda que transmite señales de baliza que son recibidas y analizadas por un dispositivo dedicado situado igualmente cerca de la pizarra blanca digital. En algunos casos, se transmite una señal IR o electromagnética junto con la baliza acústica para mejor precisión y por motivos de sencillez. Otra tecnología común es electromagnética: la funda del marcador mencionada anteriormente transmite un campo electromagnético que es captado por bucles especiales sobre la parte posterior de la pizarra blanca digital.
También se usa tecnología resistiva. En este caso, se recubre la superficie de la pizarra blanca digital de material resistivo. Se aplica presión al recubrimiento, y la presión provoca un cambio local en las propiedades resistivas del tablero. A partir de los cambios, el controlador es capaz de obtener una posición x-y a partir de la presión
aplicada.
También se puede usar la tecnología capacitiva, que es similar a la resistiva. También se usa presión, esta vez para cambiar las propiedades capacitivas del tablero. El controlador es capaz entonces de obtener la posición x-y.
Pantallas táctiles
Las pantallas táctiles comprenden por regla general sensores insertados dentro o cerca de una pantalla de ordenador a fin de recibir la entrada desde la pantalla. Algunas tecnologías incluyen el recubrimiento de la pantalla de un material especial que puede captar el contacto físico, siendo el material cualquier material resistivo, capacitivo y de ondas acústicas de superficie (SAW). Otras tecnologías incluyen la inserción de sensores en torno a la pantalla. Los sensores pueden ser IR, acústicos, SAW y otros.
Ratón 3D
Un ratón 3D usa técnicas de posicionamiento electromagnéticas o por ultrasonidos para indicar su posición en un espacio de 3D a un dispositivo de supervisión. Los ratones sin cable actualmente en uso usan el sistema inalámbrico de transmisión de datos Bluetooth y emisores radioeléctricos y de IR similares para la conectividad inalámbrica. La emisión radioeléctrica o de IR sólo se encarga de la conectividad inalámbrica, es decir la cuestión de la transmisión de señales. El posicionamiento implica por lo general un seguidor de movimiento en el propio ratón, que puede estar basado en tecnología óptica. El seguimiento simple del movimiento da una solución en 2D. Se pueden producir soluciones en 3D usando por ejemplo cualquiera de los siguientes:
1)
acústica: el ratón emite impulsos ultrasónicos y de IR que son recibidos por un receptor de sobremesa. Mediante la medición del tiempo de propagación se puede realizar la triangulación.
2)
Sensores IR: el ratón emite impulsos de IR cuyo ángulo es medido por un receptor de sobremesa. Varios sensores de posición angular permiten realizar la triangulación tridimensional, con lo que se obtiene la posición espacial.
Tabletas digitales y estiletes
La tableta digital usa un lápiz digital o estilete. El estilete permite interacciones que incluyen escribir directamente sobre una tableta gráfica, tablilla digital, pantalla de PC, pantalla de PDA, pantalla de teléfono móvil y sobre cualquier otra superficie, pantalla o tableta habilitada por el ordenador. Las soluciones disponibles trabajan con tecnologías electromagnéticas o acústicas pasivas o activas.
Inconvenientes
Las soluciones de las tecnologías disponibles adolecen de los siguientes inconvenientes. Se señala que estos inconvenientes se pueden atribuir también a las aplicaciones tratadas a continuación:
La totalidad de las soluciones mencionadas anteriormente requieren una potencia de cálculo significativa, y circuitería de amplificación y digitalización. Estas no utilizan recursos disponibles del ordenador principal; en lugar de esto, llevan a cabo sus propios cálculos usando hardware dedicado y alimentan al ordenador los datos de posicionamiento procesados. El hardware dedicado es a la vez costoso y complejo, y es particularmente derrochador de recursos teniendo en cuenta que el poder de cálculo del ordenador principal esté disponible.
Todas las tecnologías mencionadas anteriormente, salvo la acústica, necesitan sensores sobre el plano de posicionamiento: la solución electromagnética necesita antenas de cuadro sobre la parte posterior del tablero, el lápiz con la cámara necesita papel especial digitalizado y las pantallas táctiles necesitan recubrimientos especiales. La necesidad de sensores se suma al coste del producto final, así como proporciona una restricción del uso poco natural, porque no permite al usuario usar planos arbitrarios, tales como una superficie de escritorio repleta, como plataforma de trabajo.
La circuitería y sensores complejos de estas soluciones requieren un espacio dedicado. Resulta imposible integrar estas soluciones en dispositivos de pequeñas dimensiones y portátiles para los que no han sido diseñadas explícitamente, tales como PDA, teléfonos móviles, etc. Esta cuestión también es significativa con ordenadores portátiles y otros productos móviles en los que el pequeño tamaño permite una instalación fijada de forma explícita, pero no permite la libertad de un dispositivo arbitrario.
La instalación de componentes de hardware en un PC es pesada y no es siempre fiable. Resulta considerablemente más fácil usar componentes ya instalados tales como sistemas de sonido existentes cuando se añade una nueva característica.
Actualmente no existe ninguna solución disponible en plataformas múltiples: una solución de posicionamiento para una pantalla táctil es diferente de una solución en un lápiz digital para el mercado de teléfonos móviles, etc.
La integración de soluciones disponibles en un producto existente suele ser ineficaz, por la dimensión y la complejidad del proyecto.
Todas las soluciones disponibles requieren de hecho rediseñar el producto final. No hay una solución actual que se pueda tratar como de ampliación, requiriendo solamente cambios del software.
El soporte para aplicaciones de múltiples usuarios es difícil y actualmente sólo está disponible en las que tienen Bluetooth como medio de comunicación. No obstante, el Bluetooth está limitado a ocho usuarios simultáneos.
Muchas de las soluciones disponibles requieren un suministro de energía sustancial.
Algunas de las tecnologías están limitadas a la ubicación bidimensional. Pero incluso aquellas que pueden gestionar una tercera dimensión no proporcionan actualmente información precisa de la tercera dimensión. Por ejemplo, un estilete basado en detección electromagnética puede ser detectado al permanecer fijo a determinada altura por encima de una pantalla, pero no es posible decir con precisión a qué altura está. El detector simplemente determina que aquel está presente.
Existen otros inconvenientes específicos de determinadas tecnologías. Por ejemplo, el posicionamiento por IR tiene dificultades al trabajar con la luz directa del sol. Las soluciones acústicas existentes tienen serias limitaciones en entornos acústicamente ruidosos, en particular en el primordial entorno industrial, en el que los ruidos ultrasónicos son sumamente comunes.
Las soluciones que usan protocolos inalámbricos como Bluetooth pueden adolecer de colisiones entre protocolos y de interferencia con otros equipos inalámbricos, tales como equipos en red local inalámbrica.
Las soluciones de pantalla táctil evidentemente son intrínsecamente bidimensionales.
2) Robótica y control de máquinas
La Robótica y Control de máquinas es un campo en el que el uso de sensores de posición es inherente al control de elementos móviles.
Robots industriales
Los brazos mecánicos son capaces de realizar delicadas tareas de montaje en un espacio tridimensional. Las máquinas de montaje de placas de circuito impreso (PCB) realizan la implantación de componentes electrónicos sobre una placa de circuitos impresos bidimensional. Las máquinas CNC (control numérico computerizado) realizan tareas de corte y taladro que necesitan una elevada resolución de posición. Las cadenas de montaje de automóviles usan taladradoras automáticas que taladran la carrocería del automóvil usando una elevada precisión espacial.
Equipo de fax e impresora
Las máquinas de fax e impresoras tienen precisos sensores de posición para la captura de datos, la impresión, la orientación del papel, etc.
Robots de movimiento libre
En los últimos años, diversos nuevos productos de robótica han alcanzado y superado el estadio de prototipo. Los productos de robótica incluyen robots de movimiento libre para diferentes aplicaciones. Estas aplicaciones incluyen cortadoras de césped, limpiadoras de piscinas, robots espías y robots de eliminación de bombas con cámaras y telemando y muchos más. Tales robots usan típicamente su propia detección junto con preprogramación para orientarse en su entorno circundante.
Nuevas posibles aplicaciones incluyen un aspirador autónomo. Uno o más aspiradores pueden recorrer automáticamente los locales, aspirando la suciedad y transfiriendo la suciedad bien a unidades de ubicación fija o bien a unidades itinerantes. La unidad que aspira puede ubicar de forma autónoma la unidad receptora a la que entrega la suciedad y acoplarse a ella a fin de entregar la suciedad.
Los sensores usados en las aplicaciones de robótica mencionadas anteriormente usan las siguientes tecnologías:
1)
Codificadores ópticos: estos sensores contienen una rueda giratoria encapsulada con pequeños agujeros sobre el perímetro de la rueda. A cada lado de la rueda está montado un diodo emisor de luz (LED) y un fotosensor. A medida que gira la rueda (debido al movimiento del robot), el fotosensor recibe una serie de impulsos luminosos. Los impulsos luminosos codifican el ángulo exacto de la rueda, revelando así la posición del brazo móvil. Estos sensores también están disponibles como sensores lineales, lo que implica que el sensor no está insertado en un sistema giratorio, sino en una línea recta.
2)
Potenciómetros: estos sensores vienen acoplados en paralelo a un objeto móvil. El sensor cambia su resistencia en función de su posición.
3)
Transformador diferencial lineal variable (LVDT): estos son sensores magnéticos que incluyen dos partes: un núcleo de hierro y un cilindro magnético. A medida que el núcleo de hierro se mueve en el interior del cilindro, cambian las propiedades magnéticas del cilindro en función de la posición.
4)
Existen otras tecnologías menos usadas de las que el experto tendrá conocimiento.
Todas las tecnologías mencionadas anteriormente en este documento en relación con la robótica son de escala relativamente grande. Todas tienen que acoplarse de una u otra manera a una parte móvil del robot y no existe solución inalámbrica que permita el acoplamiento de un sensor sobre la punta del brazo móvil/robot, etc. Como siempre, la precisión va a la par del coste, lo que vuelve costoso el equipo de precisión. Los sensores que tienen alta precisión sobre unos pocos metros de distancia pueden costar cientos de miles de dólares y no son viables desde el punto de vista económico para muchos de los usos previstos de robots.
3) Juguetes
Es relativamente poco frecuente, debido al coste elevado, tener juguetes en los que una unidad puede conocer la ubicación de una segunda unidad.
En un ejemplo muy básico, un juguete registra que hay otro juguete cerca, dando lugar a una reacción, por ejemplo hablar. En un ejemplo más sofisticado, un juguete sabe más o menos dónde está el otro juguete.
Se espera proporcionar en el futuro un ejemplo aún más sofisticado en el que una unidad pueda pasar con éxito un objeto a la siguiente, y a la inversa. Además se prevé en el futuro un juguete en el que veintidós robots de fútbol corran pasándose el balón unos a otros. Los robots calculan dónde golpear según las ubicaciones de los otros robots del mismo equipo y del contrario. El proveer a cada uno de los veinte robots de la potencia de cálculo y de control para poder jugar un partido de fútbol produce una solución muy costosa y compleja.
Por regla general, la tecnología del juguete debe proporcionarse a un bajo coste, y la tecnología actual es relativamente costosa. Cada tecnología específica tiene sus inconvenientes:
Sensores IR - se puede usar el IR para indicar la presencia en la proximidad de un segundo objeto. En un grado más elevado, este puede mostrar una dirección general.
Acelerómetros - las desventajas de los acelerómetros se han tratado anteriormente en la sección sobre dispositivos de punteo.
Acústica - los dispositivos acústicos son relativamente costosos. Solamente se puede usar una única unidad en el mismo entorno, el uso de energía es relativamente elevado y los dispositivos son difíciles de miniaturizar.
De este modo, siendo una necesidad reconocida de forma generalizada, sería sumamente ventajoso tener un sistema de posicionamiento desprovisto de las limitaciones anteriores.
El preámbulo de la reivindicación 1 está basado en el documento NONAKA H. y col: "Ultrasonic position measurement and its applications to human interface" INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT TECHNOLOGY CONFERENCE, 1994. IMTC/94. CONFERENCE PROCEEDINGS. 10TH ANNIVERSARY. ADVANCED TECHNOLOGIES IN I & M., 1994 IEEE HAMAMATSU, JAPÓN, 10-12 de mayo de 1994, NUEVA YORK, NY, ESTADOS UNIDOS, IEEE, 10 de mayo de 1994 (1994-05-10), páginas 753-756, XP010121966, ISBN: 0-7803-1880-3. Este documento desvela un sistema de detección de posición para el uso en asociación con aplicaciones informáticas, el sistema comprende un elemento posicional para alcanzar una posición y un emisor para emitir una onda ultrasónica continua no modulada que se puede descodificar para determinar dicha posición, el sistema comprende además una disposición de detectores para detectar dicha forma de onda y para determinar dicha posición.
Resumen de la invención
De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de detección de posición según está definido en la reivindicación 1.
La disposición de detectores preferentemente es capaz de operar para emitir la forma de onda descodificable a fin de fijar la posición, de tal modo que la forma de onda es descodificable a una baja tasa de muestreo.
La forma de onda comprende preferentemente una periodicidad.
El envío en salida comprende preferentemente proporcionar la forma de onda descodificable a baja tasa de muestreo al menos a una entrada analógica de un dispositivo informático para el cálculo.
En envío en salida comprende preferentemente proporcionar la forma de onda al menos a dos entradas analógicas del dispositivo informático.
Una forma de realización preferida comprende una pluralidad de elementos de posicionamiento, y en la que la disposición de detectores está configurada para suministrar formas de onda respectivas como canales separados para el envío en salida.
Una forma de realización preferida comprende una pluralidad de disposiciones de detectores para dar mayor precisión de detección.
Los canales separados están preferentemente multiplexados en el tiempo o multiplexados en frecuencia.
Cada elemento de posicionamiento comprende además preferentemente un modulador para modular la onda continua.
El modulador es preferentemente un modulador de frecuencia.
Cada elemento de posicionamiento está provisto preferentemente de una secuencia de saltos de frecuencia para permitir el uso simultáneo de la pluralidad de elementos de posicionamiento.
Cada la secuencia de saltos de frecuencia es preferentemente una secuencia seudoaleatoria diferente.
El modulador es preferentemente un modulador de amplitud.
\global\parskip0.950000\baselineskip
El modulador es capaz de operar preferentemente para modular datos adicionales a datos de posición para la forma de onda.
Cada elemento de posicionamiento comprende preferentemente un identificador único.
La onda continua está preferentemente modulada.
La onda continua se modula preferentemente usando espectro ensanchado.
La onda continua se modula preferentemente usando modulación por división en el tiempo.
El elemento posicional comprende preferentemente un sensor biométrico.
La disposición de detección comprende preferentemente una pluralidad de receptores, a fin de proporcionar detección multidimensional de la posición.
El envío en salida comprende preferentemente proporcionar la forma de onda descodificable a baja tasa de muestreo a una entrada analógica de un dispositivo informático para el cálculo y es capaz además de multiplexar señales de la forma de onda procedente de cada uno de la pluralidad de receptores para la aplicación en entrada a la entrada analógica.
Una forma de realización preferida hace uso de una capacidad de demultiplexación del dispositivo informático para demultiplexar las señales recibidas en la entrada analógica.
El elemento posicional comprende además preferentemente un segundo emisor para emitir una señal adicional a la forma de onda continua y tener una velocidad diferente desde la misma, para obtener con ello datos indicativos de una distancia entre el elemento posicional y detectores de la disposición de detectores a partir de un retraso entre la forma de onda continua y la señal adicional.
La señal adicional es preferentemente una señal a la velocidad de la luz.
La señal a la velocidad de la luz es preferentemente una señal infrarroja.
El envío en salida comprende preferentemente proporcionar la forma de onda a una entrada analógica de un dispositivo informático.
La entrada analógica es preferentemente una entrada a un convertidor de analógico en digital.
El convertidor de analógico en digital forma parte preferentemente de una tarjeta de sonido.
La entrada analógica es preferentemente al menos una entre una entrada de micrófono, una entrada de línea y una entrada de módem.
La disposición de detectores está configurada preferentemente para ser alimentada desde el dispositivo informático a través de la entrada analógica.
El carácter retentivo de la aptitud para la fijación de posición comprende preferentemente retener la aptitud frente a un bajo muestreo de frecuencia.
El bajo muestreo de frecuencia comprende preferentemente una tasa compatible con el muestreo a la tasa de Nyquist de señales sonoras.
La tasa está preferentemente por debajo de 50 KHz.
Preferentemente, la tasa es sustancialmente 44 KHz.
En una forma de realización alternativa, la tasa es sustancialmente 6 KHz. Esta tasa inferior es conveniente para la tasa de muestreo inferior disponible en las entradas analógicas/digitales (A/D) de dispositivos tales como teléfonos móviles.
El sistema comprende además preferentemente una unidad descodificadora destinada a llevar a cabo el cálculo para descodificar la forma de onda e indicar la posición.
La unidad descodificadora comprende preferentemente un detector de verosimilitud máxima para llevar a cabo la descodificación hallando una distancia más probable.
El detector de verosimilitud máxima comprende preferentemente un modelo de canal para el modelado del paso de la forma de onda desde el elemento posicional hasta la unidad descodificadora de forma de onda, para proporcionar con ello una señal de referencia frente a la que identificar la distancia más probable.
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El detector de verosimilitud máxima está seguido preferentemente de un correlacionador para confirmar la distancia más probable.
Una forma de realización preferida comprende un sincronizador para la sincronización entre la disposición de detectores y el elemento posicional.
El sincronizador es capaz de operar preferentemente para usar al menos una entre señalización IR y RF para llevar a cabo la sincronización.
El sincronizador es capaz de operar preferentemente para supervisar desviaciones de sincronización, para reducir con ello una frecuencia con la que se llevan a cabo sincronizaciones de repetición.
La sincronización se hace preferentemente con un oscilador local en el elemento posicional.
El sincronizador es capaz de operar además preferentemente para añadir una señal de sincronización a la forma de onda, para entrar con ello en sincronismo con un dispositivo principal.
El elemento posicional está preferentemente cableado al conjunto de detectores.
El elemento posicional comprende preferentemente un codificador digital para codificar datos digitales en la onda de forma continua.
La unidad descodificadora de forma de onda se proporciona preferentemente como un programa de cliente para la instalación en un dispositivo informático.
La unidad descodificadora de forma de onda se proporciona preferentemente como un programa de cliente para la instalación en un sistema operativo de un dispositivo informático.
La unidad descodificadora de forma de onda está integrada preferentemente con la disposición de detectores.
El elemento posicional comprende además preferentemente un sensor de presión para proporcionar datos de la presión que se ejerce sobre el elemento posicional.
El elemento posicional comprende además preferentemente detección de actitud para proporcionar datos de una actitud en la que se mantiene el elemento posicional.
El elemento posicional comprende además preferentemente:
un sensor de presión para proporcionar datos de la presión que se ejerce sobre el elemento posicional, y
una detección de actitud para proporcionar datos de una actitud en la que se mantiene el elemento posicional.
La detección de actitud comprende preferentemente dos emisores de forma de onda situados con una distancia de separación predeterminada sobre el elemento posicional, destinado cada uno a una detección posicional independiente.
Una forma de realización preferida se puede usar para extraer de un usuario del elemento posicional un triplete de vectores de movimiento, presión y actitud.
Una forma de realización preferida comprende funcionalidad de firma electrónica proporcionada en el elemento posicional.
Una forma de realización preferida comprende funcionalidad de firma biométrica proporcionada en el elemento posicional.
El elemento posicional comprende además preferentemente un receptor para recibir datos de control.
Una forma de realización preferida comprende funcionalidad para retransmitir datos de la posición a otros elementos.
En una forma de realización, el conjunto de detectores está asociado a un dispositivo de telefonía celular, para proporcionar en consecuencia al dispositivo de telefonía capacidad de introducción de escritura.
Una forma de realización comprende una aplicación para usar la introducción de escritura como entrada de marcación para el dispositivo de telefonía.
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Una forma de realización comprende:
una aplicación de cálculo de ubicación y
una aplicación de conversión de escritura manual en texto,
proporcionar una interfaz de escritura manual a digital.
La forma de realización anterior puede comprender adicionalmente una aplicación de conversión de texto en voz y/o una aplicación de traducción de idiomas, para proporcionar en consecuencia la lectura o traducción a partir de introducción de escritura manual.
Otra forma de realización comprende:
funcionalidad de firma electrónica proporcionada en el elemento posicional y
funcionalidad de verificación para verificar tripletes extraídos de firmas de usuario, siendo capaz el sistema de operar para habilitar la funcionalidad de firma electrónica con verificación mediante la funcionalidad de verificación de una firma de usuario. La forma de realización es útil para la verificación de firmas y puede proporcionarse junto con dispositivos de puntos de venta y similares en los que es necesaria la verificación de la firma.
Una forma de realización del elemento posicional es un localizador personal para su sujeción a una persona, o es un localizador de artículos para la indicación de ubicación de un artículo dentro de un espacio.
Se proporciona además preferentemente una aplicación para calcular la ubicación y emitir señales de control en respuesta a la ubicación.
Las señales de control son preferentemente al menos una entre señales para dirigir el foco de un sistema estereofónico, señales para dirigir una cámara, señales para dirigir una comunicación entrante, señales para dirigir un robot, señales para dirigir maquinaria, señales para dirigir una secuencia predeterminada, señales para dirigir una secuencia de montaje y señales para dirigir una secuencia de reparación.
Una forma de realización preferida comprende una pluralidad de unidades, comprendiendo cada unidad uno de los elementos posicionales y uno de los conjuntos de detectores, en la que cada unidad es capaz de operar para ubicar todas las unidades adyacentes, para proporcionar en consecuencia el encadenamiento de las unidades.
Cada unidad en la forma de realización en cadena comprende preferentemente un identificador único. La forma de realización es útil para seguir la pista de equipos, y la comunicación bidireccional en el seno de las unidades permite un sistema intercomunicador junto con el seguimiento.
En una forma de realización, el elemento posicional forma parte de un accesorio para juegos de realidad virtual, por ejemplo un guante o una pistola o similares.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de detección de posición según está definido en la reivindicación 73.
El envío en salida comprende preferentemente enviar en salida la forma de onda como una señal analógica.
El procedimiento puede comprender la descodificación de la forma de onda en el dispositivo informático para extraer datos de la posición.
En una forma de realización, se proporciona un sistema de detección de posición de un dispositivo informático, comprendiendo el sistema:
un elemento posicional destinado a alcanzar una posición y que comprende un emisor de forma de onda continua ultrasónica para emitir una forma de onda continua ultrasónica que se puede descodificar para fijar la posición,
una disposición de detectores para detectar la forma de onda de una manera que permita la fijación de la posición, y
un descodificador de señales para recibir la forma de onda desde la disposición y descodificar la posición alcanzada a partir de la forma de onda.
La disposición de detectores y el descodificador de señales están conectados preferentemente a través de un enlace analógico.
El elemento posicional preferentemente es capaz de operar para emitir la forma de onda descodificable para fijar la posición, de tal modo que la forma de onda es descodificable a una baja tasa de muestreo.
La forma de onda es preferentemente una forma de onda sustancialmente continua.
La disposición de detección comprende preferentemente una pluralidad de detectores de señal dispuestos en diferentes ubicaciones separadas entre sí para detectar la forma de onda, para proporcionar en consecuencia la fijación de posición como información diferencial entre las señales detectadas.
El descodificador de señales comprende preferentemente al menos una señal de referencia construida usando un modelo del sistema y un detector de verosimilitud máxima para determinar una posición más probable sobre la base de la señal de referencia.
El descodificador comprende además preferentemente un correlacionador para usar una función de correlación a fin de confirmar la posición más probable.
El elemento posicional preferentemente es capaz de operar para emitir una combinación de señales que tienen diferentes velocidades para permitir que un receptor calcule una distancia hasta el mismo a partir de un retraso entre ellas.
La combinación comprende preferentemente una señal a la velocidad de la luz y una señal a la velocidad del sonido.
La señal a la velocidad de la luz es preferentemente una señal infrarroja.
La señal a la velocidad del sonido es preferentemente una señal ultrasónica.
El carácter retentivo de la aptitud para la fijación de posición comprende preferentemente retener la aptitud frente a un bajo muestreo de frecuencia.
El bajo muestreo de frecuencia comprende preferentemente una tasa compatible con el muestreo a la frecuencia de Nyquist de señales sonoras.
La tasa está preferentemente por debajo de 50 KHz.
Preferentemente, la tasa es sustancialmente 44 KHz.
En una forma de realización alternativa, la tasa es sustancialmente 6 KHz.
El elemento posicional comprende además preferentemente un sensor de presión para proporcionar datos de la presión que se ejerce sobre el elemento posicional.
El elemento posicional comprende además preferentemente detección de actitud para proporcionar datos de una actitud en la que se mantiene el elemento posicional.
En una forma de realización preferida, el elemento posicional comprende además:
un sensor de presión para proporcionar datos de la presión que se ejerce sobre el elemento posicional, y
una detección de actitud para proporcionar datos de una actitud en la que se mantiene el elemento posicional.
La forma de realización anterior se puede usar para extraer de un usuario del elemento posicional un triplete de vectores de movimiento, presión y actitud.
La forma de realización anterior puede comprender funcionalidad de firma electrónica proporcionada en el elemento posicional.
Una forma de realización preferida comprende
funcionalidad de firma electrónica proporcionada en el elemento posicional y
funcionalidad de verificación para verificar tripletes extraídos de firmas de usuario, siendo capaz el sistema de operar para habilitar la funcionalidad de firma electrónica con verificación mediante la funcionalidad de verificación de una firma de usuario.
Una forma de realización preferida comprende un sistema de detección de posición para el uso en asociación con aplicaciones informáticas, comprendiendo el sistema:
un elemento posicional destinado a alcanzar una posición y que comprende un primer emisor y un segundo emisor para emitir cada uno una forma de onda descodificable para fijar la posición, estando los emisores separados a una distancia predeterminada, y
una disposición de detectores para detectar las formas de onda de una manera que permita la fijación de la posición y que permita la determinación de una actitud del elemento posicional, siendo además la disposición de detectores capaz de operar para enviar en salida las formas de onda para el cálculo, con carácter retentivo de la aptitud para la fijación de posición.
El elemento posicional comprende además preferentemente un sensor de presión para proporcionar datos de la presión que se ejerce sobre el elemento posicional.
La forma de onda es preferentemente una entre una forma de onda IR, una forma de onda de RF, una forma de onda acústica y una forma de onda acústica continua.
El envío en salida es preferentemente de forma conveniente para el suministro a una entrada analógica de un dispositivo informático.
En una forma de realización, la disposición de detectores es una disposición de bucles ortogonales. A menos que se definan de otro modo, todos los términos técnicos y científicos usados en este documento tienen el mismo significado que comprenderá comúnmente un experto habitual en la materia a la que pertenece esta invención. Los materiales, procedimientos y ejemplos proporcionados en este documento son sólo ilustrativos y no se pretende que sean limitantes.
La implementación del procedimiento y el sistema de la presente invención implica la realización o conclusión manual, automática, o una combinación de las mismas de tareas o etapas seleccionadas. Además, de acuerdo con el instrumental y el equipamiento de las formas de realización preferidas del procedimiento y sistema de la presente invención, varias etapas seleccionadas se podrían implementar mediante hardware o mediante software o cualquier sistema operativo de cualquier microprograma inalterable o una combinación de los mismos. Por ejemplo, como hardware, las etapas seleccionadas de la invención se podrían implementar como un chip o circuito que incluya una UCP dedicada. Como software, las etapas seleccionadas de la invención se podrían implementar como una pluralidad de instrucciones de software que son ejecutadas por un ordenador usando cualquier sistema operativo conveniente En cualquier caso, las etapas seleccionadas del procedimiento y sistema de la invención se podrían describir como realizadas por un procesador de datos, tal como una plataforma informática destinada a ejecutar una pluralidad de instrucciones.
Breve descripción de los dibujos
En este documento se describe la invención, únicamente con carácter de ejemplo, con referencia a los dibujos que se adjuntan. A continuación, con referencia específica a los dibujos en detalle, se insiste en que los detalles mostrados tienen únicamente carácter de ejemplo y el propósito de una discusión ilustrativa de las formas de realización preferidas de la presente invención, y se presentan con el objeto de proporcionar la descripción que se ha considerado de mayor utilidad y fácil comprensión de los principios y aspectos conceptuales de la invención. A este respecto, no se ha tratado de mostrar detalles estructurales de la invención con más detalle que el necesario para una comprensión fundamental de la invención, mostrándose claramente al experto en la materia, al tomar la descripción junto con los dibujos, el modo en que pueden realizarse en la práctica las diversas formas de la invención.
En los dibujos:
La Fig. 1A es un diagrama esquemático simplificado que ilustra un sistema de detección de posición según una primera forma de realización preferida de la presente invención;
la Fig. 1B es un diagrama esquemático simplificado que ilustra un sistema alternativo de detección de posición en el que la descodificación de señales se lleva a cabo en una estación base y los datos procesados pasan a un dispositivo informático asociado;
la Fig. 1C es un diagrama esquemático simplificado que ilustra un segundo sistema alternativo de detección de posición en el que la descodificación de señales se lleva a cabo en la estación base y en el que la estación base es un dispositivo autónomo;
la Fig. 2 es un diagrama de bloques simplificado de una forma de realización preferida del dispositivo de punteo del sistema de la Fig. 1;
la Fig. 3A es un diagrama de bloques simplificado de una forma de realización preferida de la estación base de la Fig. 1;
la Fig. 3B es una variación de la estación base de la Fig. 3A para el uso como dispositivo autónomo, es decir, sin depender de un dispositivo informático para llevar a cabo cálculos detallados;
la Fig. 4 es un diagrama de bloques simplificado de un modelo matemático del sistema de la Fig. 1 para el uso en la construcción de señales de referencia para la detección de verosimilitud máxima;
la Fig. 5 es un gráfico que muestra una función de correlación para el uso en un correlacionador destinado a confirmar una posición detectada;
la Fig. 6 es un diagrama de bloques simplificado que ilustra una forma de realización preferida del descodificador de señales para el uso en el sistema de la Fig. 1;
la Fig. 7 es un diagrama de bloques simplificado de una segunda forma de realización preferida del dispositivo de punteo del sistema de la Fig. 1;
la Fig. 8 es un diagrama de bloques simplificado que ilustra una tercera forma de realización preferida del dispositivo de punteo del sistema de la Fig. 1 junto con un sensor de dirección;
la Fig. 9 es un diagrama de bloques simplificado que ilustra una forma de realización preferida adicional del elemento posicional de la Fig. 1, adaptado para la detección de actitud;
la Fig. 10 es un diagrama simplificado que ilustra una aplicación de las presentes formas de realización a múltiples usuarios en un entorno de sala de conferencias;
la Fig. 11 es un diagrama simplificado que ilustra una aplicación de las presentes formas de realización a un juego de tablero interactivo en pantalla;
la Fig. 12 es un diagrama simplificado que ilustra una aplicación de las presentes formas de realización a un juego de robot independiente;
la Fig. 13 es un diagrama simplificado que ilustra una aplicación de las presentes formas de realización a un sistema de seguimiento de inventario; y
la Fig. 14 es un diagrama simplificado que ilustra una aplicación de las presentes formas de realización a un sistema de fabricación basado en robots.
Descripción de las formas de realización preferidas
Las presentes formas de realización desvelan un sistema para la determinación de la ubicación de un elemento posicional usando señales de ultrasonidos de onda continua y/o usando detectores con múltiples receptores, cuyas entradas se multiplexan y se introducen en una entrada analógica conveniente del dispositivo informático con el que se desea interactuar. El dispositivo informático usa sus propios recursos para demultiplexar las señales y determinar la ubicación del dispositivo de punteo. En una forma de realización, la señal es una combinación sincronizada de una señal ultrasónica y una señal infrarroja.
En una forma de realización adicional, los detectores pueden ser un dispositivo autónomo capaz de procesar independientemente la salida de onda continua.
Otro aspecto de las formas de realización actualmente desveladas concierne a la aptitud para llevar a cabo la detección de posición usando una baja potencia de proceso para descodificar las señales.
Los principios y el funcionamiento de un dispositivo y sistema de punteo según la presente invención se pueden comprender mejor con referencia a los dibujos y la descripción que se adjuntan.
Antes de explicar al detalle al menos una forma de realización de la invención, debe entenderse que la invención no está limitada en su aplicación a los detalles de construcción y la disposición de los componentes expuestos en la descripción siguiente o ilustrados en los dibujos. La invención es apta para otras formas de realización o para llevarse a la práctica o llevarse a cabo de varias maneras. Ha de entenderse igualmente que la fraseología y la terminología empleadas en este documento tienen una finalidad de descripción y no deberán considerarse limitativas.
Con referencia ahora a los dibujos, la Figura 1A ilustra un sistema de detección de posición que funciona según una forma de realización preferida de la presente invención. El sistema está diseñado para el uso en asociación con un dispositivo informático 10 que tiene cualquier tipo de entrada analógica convencional 12.
El sistema comprende un elemento posicional 14, que ocupa una posición que se ha de detectar. El elemento posicional puede ser un dispositivo de punteo, por ejemplo un estilete o un ratón o similares, que un usuario mueve a fin de interactuar con el dispositivo informático 10, o puede formar parte de un robot o una pieza de juego para un juego o cualquier otro tipo de dispositivo cuya posición se necesite determinar. El movimiento del elemento posicional 14 es seguido y el ordenador usa el movimiento o posicionamiento del elemento como entrada para cualquier aplicación en curso que sea capaz de hacer uso de la entrada. Por regla general, un ratón o dispositivo similar tiende a ser objeto de un seguimiento de movimiento, mientras que un estilete tiende a ser objeto de un seguimiento de posición. Los robots y piezas de juego pueden ser objeto bien de rastreo de posición o bien de movimiento, dependiendo de la aplicación. En uno u otro caso, el elemento posicional alcanza una posición y emite simultáneamente señales que se pueden descodificar para fijar la posición. Si el elemento posicional se mueve sobre un emplazamiento tal como el que se indica mediante la curva de puntos 16, entonces una aplicación conveniente puede trazar una curva correspondiente 18 sobre la pantalla de ordenador. Asimismo, el elemento posicional se puede usar para escribir directamente sobre la pantalla.
El sistema comprende además una disposición de detectores o estación base 20, que detecta las señales emitidas por el elemento posicional 14 de manera que permita la fijación de la posición. Es decir, la señal está diseñada para contener información suficiente para habilitar el procesamiento de señales a fin de fijar la posición del elemento posicional.
Las señales se detectan preferentemente en dos o tres detectores separados 22 que están distanciados. El número de detectores 22 se selecciona preferentemente para el número de coordenadas que se precisen, es decir, el número de dimensiones en las que se desea seguir el movimiento del puntero. La estación base preferentemente no usa por sí misma las señales para calcular las coordenadas del dispositivo de punteo, sino que multiplexa las señales conjuntamente sobre un único canal. Después se suministra el canal a la entrada analógica 12 del dispositivo informático. El dispositivo informático sencillamente necesita demultiplexar las señales según las reciba sobre su entrada analógica y llevar a cabo una triangulación o similares para asignar las coordenadas al dispositivo de punteo. En una forma de realización preferida, cada detector recibe la misma señal desde el dispositivo de punteo. Sin embargo, dado que los detectores están en diferentes posiciones, se introduce una diferencia de fase o un retardo de tiempo o similares, de modo que se pueda calcular una posición a partir de una diferencial entre las señales detectadas.
Existen numerosos procedimientos para proporcionar señales que permitan la detección de posición o para introducir la diferencial mencionada anteriormente. Una opción preferida es que el dispositivo de punteo 14 emita una combinación de señales que tengan diferentes velocidades. Entonces un receptor puede usar la diferencia de tiempos de llegada de las dos señales para calcular una distancia hasta el receptor. La comparación de tales distancias entre dos receptores permite que se calcule una posición bidimensional y la comparación entre tres receptores permite que se calcule una posición en tres dimensiones.
El dispositivo de punteo 14 usa preferentemente una combinación de una señal a la velocidad de la luz, tal como una señal infrarroja, y una señal a la velocidad del sonido, tal como una señal de ultrasonidos. A partir de la diferencia en los tiempos de llegada de las dos señales, se puede calcular entonces la distancia hasta cada receptor. Se advertirá que la llegada de la señal infrarroja es efectivamente instantánea, de modo que se puede simplificar la estación base 20 de forma que tenga un único sensor infrarrojo 24, y los dos o tres sensores separados 22 pueden ser para captar solamente ultrasonidos.
En una forma de realización preferida, la entrada analógica 12 es cualquier entrada que tenga acceso a un convertidor A/D. Un ejemplo típico es la entrada de micrófono a una tarjeta de sonido. Otro ejemplo es la entrada de línea a la tarjeta de sonido, y también se puede usar una entrada de módem. Por lo general una tarjeta de sonido tiene una adecuada aptitud para el tratamiento tanto para demultiplexar como para manejar señales de ultrasonidos, como se examinará con mayor detalle a continuación. Si se usa la tarjeta de sonido, entonces será ventajosa la entrada de micrófono, ya que es capaz de alimentar la estación base.
La presente forma de realización, mediante la utilización de la entrada analógica y la aptitud para el procesamiento integrada, permite añadir a cualquier máquina que pueda digitalizar señales de audiofrecuencia analógicas, por ejemplo PC y ordenadores de mayores dimensiones, ordenadores portátiles y ordenadores de dimensiones más pequeñas incluyendo PDA, teléfonos móviles y otros dispositivos informáticos, una aptitud para el posicionamiento. En el caso del PC y el ordenador portátil, la aptitud para el procesamiento puede ser convenientemente la aptitud para el sonido digital disponible con carácter prácticamente universal en estas máquinas.
Resulta ventajoso usar hardware de pequeñas dimensiones, de bajo coste para el dispositivo de punteo y sensores, mientras que se usan los recursos de cálculo del propio dispositivo informático para compensar el hardware simple, permitiendo en consecuencia un punteo de múltiples posiciones incluso más sofisticado por un coste muy pequeño, como se explicará a continuación.
Como se ha descrito anteriormente, en una forma de realización preferida, una entrada de micrófono convencional sirve de interfaz entre varios sensores diferentes para la detección de posición, ya sean micrófonos, fotodetectores, antenas y similares, y el dispositivo informático. Con tal forma de realización, cualquier aparato que tenga una entrada libre que sea muestreada por una circuitería A/D puede usar la forma de realización para proporcionar aptitud para el posicionamiento sin cambio alguno del hardware en el interior del aparato. En dispositivos físicos, el muestreo A/D se lleva a cabo siguiendo un filtrado y una amplificación.
Se advertirá que en el interior del dispositivo informático está ubicado preferentemente un software de cliente apropiado, a fin de recuperar los datos de posicionamiento procedentes de las señales de entrada en bruto.
Aunque la forma de realización que se acaba de mencionar usa la entrada de micrófono, se advertirá que cualquier entrada analógica es conveniente. Muchos PC y ordenadores portátiles tienen más de una entrada analógica, por ejemplo: entradas de micrófono, entradas de línea y una entrada de módem. Cada una de estas entradas analógicas se puede usar como conexión al sistema de posicionamiento descrito en este documento. Sin embargo, las entradas de micrófono tienen ciertas ventajas frente a otros tipos de entrada analógica. En particular, se puede obtener alimentación eléctrica para la estación base a partir de la clavija de micrófono y de este modo no se necesita una conexión separada para la fuente de alimentación.
Una desventaja específica para una entrada de módem es que muchos módems no tienen la aptitud para transferir datos en bruto desde la clavija del módem hasta la memoria del PC. En lugar de ello, los datos transferidos desde el módem se procesan automáticamente como información del módem.
Una desventaja común a las entradas de módem y de línea es que los niveles de señal sobre la entrada de módem y la entrada de línea deben ser superiores en un orden de magnitud a las señales sobre la entrada de micrófono. Esto añade una exigencia de complejidad y circuitería adicionales al sistema de posicionamiento.
A continuación se hace referencia a la Fig. 1B, que es un diagrama de bloques simplificado que ilustra una segunda forma de realización preferida de la presente invención. Las partes que sean las mismas que en las figuras anteriores reciben los mismos números de referencia y no están descritas de nuevo, salvo en la medida necesaria para una comprensión de la presente figura. La forma de realización de la Fig. 1B difiere de aquella de la Fig. 1A en que la descodificación de las señales recibidas desde el dispositivo de punteo se lleva a cabo en la estación base 20. La estación base es así capaz de enviar en salida información sobre la posición en coordenadas digitales concerniente al movimiento del dispositivo de punteo 14. Así, la estación base no necesita estar conectada a la entrada analógica 12 y, en lugar de ello, puede estar conectada a cualquier entrada digital conveniente, o puede ser para un uso autónomo.
El sistema de posicionamiento de las Figs. 1A y 1B se compone de 3 partes:
1.
un elemento posicional 14. Como se ha descrito anteriormente, el elemento posicional puede estar bajo la forma de un ratón, estilete o lápiz óptico, o puede ser un robot o parte de un robot o una pieza de juego en un juego o cualquier otro elemento cuya posición puede ser necesario seguir. Por ejemplo, un juego electrónico de ajedrez o similares puede usar piezas de juego, siendo todas elementos posicionales según las presentes formas de realización.
2.
un conjunto de sensores 22 y hardware de preprocesamiento, preferentemente dispuestos conjuntamente en la estación base 20 que está conectada a la entrada analógica 12, tal como una clavija de micrófono. En la forma de realización de la Fig. 1B, se puede añadir una UCP para permitir un procesamiento completo de los datos en el seno de la estación base 20, de modo que la información efectiva acerca de coordenadas absolutas o relativas es la entrada enviada al dispositivo informático, en cuyo caso se puede usar en su lugar una entrada digital convencional. Alternativamente, la forma de realización de la Fig. 1B puede quedar reservada para el uso autónomo, en cuyo caso este soporta sus propias aplicaciones y no se conecta a un ordenador.
3.
Software de cliente que incluye un algoritmo que descodifica los datos de información acerca de la señal y envía en salida las coordenadas de posición. Se observa que el software de cliente puede proporcionarse con el sistema como un programa controlador del sistema, o se puede incorporar en un sistema operativo, o se puede proporcionar como parte de una aplicación destinada a usar datos de posición procedentes del sistema.
Una lista no exclusiva de posibles usos para el sistema incluye:
\bullet
Convertir una pantalla convencional en una "pantalla táctil". La pantalla en sí puede ser una pantalla convencional, no obstante el estilete tiene un sensor de contacto para indicar si está en contacto con la pantalla, y la detección de la posición trabaja independientemente de la pantalla. El resultado es un dispositivo que aparenta y da la impresión de una pantalla táctil y sin embargo no requiere los materiales y la complejidad que acompañan al hecho de tener una pantalla táctil. Evidentemente, se puede aplicar el mismo principio a una tabla sensora de escritura o cualquier otro tipo de superficie. El sensor de presión puede ser un cristal piezoeléctrico.
\bullet
Pizarra blanca digital interactiva con el dispositivo sensor acoplado a una pizarra blanca digital convencional. De nuevo el resultado aparenta y da la impresión de una pizarra blanca digital convencional, no obstante el tablero no necesita contener en absoluto electrónica o materiales especiales.
\bullet
Bloc de notas digital: En un bloc de notas digital, se puede usar papel convencional A4 o de cualquier tamaño, y una estación base ubicada a proximidad puede detectar el movimiento y producir una versión electrónica del movimiento del lápiz.
\bullet
Juegos. Como se ha descrito anteriormente, los elementos posicionales o dispositivos de punteo se pueden construir en forma de piezas de juego.
\bullet
Tableros de dibujo digitales y libros interactivos.
\bullet
Aplicaciones de firma digital, por ejemplo incorporando la aptitud para capturar firmas digitales únicas y usarlas en la verificación de autenticidad para documentos y otros resultados. La aplicación se describe más detalladamente a continuación.
\bullet
Aplicaciones de robótica (véase lo anterior).
\bullet
Lápiz digital para teléfono móvil/PDA/PC, etc.
\bullet
Aplicaciones de tipo juguete y juego.
\bullet
Aplicaciones de seguimiento de inventario.
Preferentemente se suministra al usuario de aparato con conjunto de detección o estación base 20 y dispositivo de punteo 14. Como se describirá más detalladamente a continuación, el dispositivo de punteo 14 emite preferentemente señales acústicas, e IR o electromagnéticas. Las señales emitidas permiten que el conjunto o el dispositivo informático o combinación de los mismos calcule la posición del puntero y proporcionen la posición calculada a un sistema operativo local o aplicación solicitante.
Principio de operación
El sistema está destinado a su conexión a la entrada analógica de un ordenador o dispositivo similar. Una entrada analógica particularmente útil es la entrada de micrófono y, para poder conectarlo a una entrada de micrófono convencional, se consideran las siguientes cuestiones:
1.
Los PC, PDA y teléfonos móviles tienen generalmente una sola entrada de micrófono. No obstante el conjunto de detección tiene dos sensores, posiblemente más, y puede ser necesario que trate también la entrada de micrófono convencional. Como se ha explicado anteriormente el problema de las señales que se aplican en entrada desde múltiples fuentes a una única entrada de micrófono se puede resolver de forma relativamente sencilla mediante multiplexación. Hay dos tipos preferidos de multiplexación: multiplexación por división de tiempo y por división en frecuencia.
2.
El ancho de banda de entrada de un tipo de tarjeta de sonido típica y difundida, como Sound Blaster ® para PC, no rebasa 22 KHz para los modelos más avanzados. De hecho, a fin de proporcionar un sistema que sea compatible con los modelos anteriores, para el diseño se concibe preferentemente una suposición de 10 KHz. Con los PDA y teléfonos móviles, el ancho de banda de entrada está típicamente por debajo de 3KHz. Las frecuencias de transmisión en la banda de 0-10 KHz, e incluso en mayor grado en la banda de 0-3 KHz, no son prácticas por la molestia que causan a los usuarios y por su mediocre relación de señal a ruido. Evidentemente, gran parte del ruido acústico cotidiano radica en las frecuencias inferiores cubiertas por estas bandas. Por otra parte, las frecuencias ultrasónicas sólo empiezan por encima de 22 KHz y así, a fin de usar ondas ultrasónicas con la electrónica de tarjetas de sonido, se prefiere la conversión descendente de frecuencia.
3.
Es necesaria una fuente de alimentación para la electrónica adicional. Como se ha mencionado anteriormente, la entrada de micrófono se puede usar como fuente de alimentación. En estado de uso, un canal de carga se puede multiplexar al lado de los canales de señalización para cargar la estación base 20. Adicionalmente o como alternativa, es posible almacenar energía cinética generada por los movimientos del usuario y convertir la energía cinética en electrónica, eliminando así la necesidad de una batería o prolongando la vida útil de la batería.
4.
Frecuencia de muestreo: la mayoría de las tarjetas Sound Blaster ® muestrean a tasas de hasta 44,1 KHz, la tasa de Nyquist, y otras tarjetas de sonido tienen un comportamiento similar. Los PDA y teléfonos móviles muestrean a tasas de 6 KHz. La tasa de muestreo proporciona una limitación al diseño del sistema que implica que se requieren las señales de sincronización emitidas desde el dispositivo de punteo para retener datos de posición con suficiente precisión incluso a baja frecuencia de muestreo. Los impulsos "delta" agudos del microsegundo, usados comúnmente por los sistemas de posicionamiento, son incompatibles con las tasas de muestreo disponibles. Preferentemente se usan señales sustancialmente continuas.
Las formas de realización preferidas incluyen comunicación inalámbrica entre el dispositivo de punteo 14 y la estación base 20, que está conectada a la entrada de micrófono del ordenador. Una forma de realización más simple usa comunicación alámbrica en la que se proporciona una conexión de cable entre la estación base y el dispositivo de punteo. La forma de realización es particularmente útil en una implementación de tipo "ratón", en la que se busca una posición o movimiento relativo y tal implementación es particularmente sencilla y rentable. Sin embargo, una solución alámbrica no es apropiada para muchas aplicaciones y, así, también es necesaria una solución inalámbrica.
Existen varias maneras conocidas de determinar la posición del dispositivo de punteo, como se ha descrito anteriormente. Cada uno de los procedimientos conocidos se puede incorporar en las formas de realización de la presente invención. En particular, la circuiteria dedicada convierte preferentemente la salida de sensores en señales que se pueden alimentar a una entrada de micrófono convencional. Más adelante se describen más detalladamente cierto número de formas de realización preferidas.
Posicionamiento acústico
Una forma de realización preferida utiliza posicionamiento acústico. La idea del posicionamiento acústico consiste en medir una diferencia de tiempo entre dos señales de velocidades diferentes que llegan al conjunto de sensores. La diferencia de tiempo da una indicación de la distancia hasta la fuente. Si se usan dos sensores diferentes, entonces se puede usar triangulación para fijar la posición de la fuente. Si se usan tres sensores ubicados apropiadamente, se puede obtener entonces una posición en tres dimensiones. Las dos señales son, en una forma de realización preferida, una señal acústica y una IR u otra señal electromagnética.
La velocidad de ondas sonoras a nivel del mar es un valor conocido. La señal IR u otra electromagnética viaja a la velocidad de la luz y, a los efectos de los niveles de precisión de tal dispositivo de punteo, se trata como siendo instantánea. Se realiza una liberación coordinada de las señales IR y sonoras. Entonces se miden los retardos entre la llegada de la señal IR y las dos versiones de la señal sonora en los dos sensores. Los dos retardos son convertidos en distancia y las distancias se pueden triangular con la distancia conocida entre los micrófonos para dar una coordenada bidimensional. Un tercer micrófono puede recibir una tercera versión de la señal sonora a partir de la cual se puede usar un tercer retardo para añadir una tercera coordenada. Una colocación conveniente de los micrófonos puede aportar una coordenada tridimensional precisa.
En una forma de realización preferida adicional, es posible sustituir el sensor IR y la señal IR por un micrófono adicional. El resultado es un mayor cálculo y una degradación de la precisión, pero con un dispositivo de mayor simplicidad.
La forma de realización anterior es relativamente sencilla, y es aplicable al hardware proporcionado en algunos dispositivos de punteo existentes.
El dispositivo de punteo
A continuación se hace referencia a la Fig. 2, que es un diagrama simplificado que ilustra un elemento posicional conveniente para el uso en la forma de realización por posicionamiento acústico descrita anteriormente. El elemento posicional 14 está en forma de un dispositivo de punteo y comprende un altavoz miniatura 26 que sirve de transductor para producir sonido a partir de señales eléctricas. El altavoz está optimizado preferentemente para longitudes de onda ultrasónica. Asimismo, se puede proporcionar un LED 28 para transmitir la segunda señal, sustancialmente instantánea. En lugar de un LED, se puede usar una antena para transmitir otras señales de RF de frecuencias
convenientes.
La lógica de control 30 está implementada preferentemente por un microprocesador y proporciona coordinación entre el altavoz 26 y el LED 28, para dar una combinación de señales a partir de la que se puede determinar un retardo significativo. La lógica de control puede proporcionar otras funciones controladoras según se considere necesario.
La batería 32 proporciona alimentación eléctrica al dispositivo de punteo 14. En una forma de realización alternativa, se puede sustituir la batería por una bobina inductiva que es alimentada por inducción desde la estación base. Tal alternativa ahorra la necesidad de sustitución de la batería en el dispositivo de punteo, pero limita el alcance y añade complejidad a la estación base.
Opcionalmente se puede proporcionar un conmutador 34. El conmutador puede proporcionarse para cualquiera de una gama de funciones o simplemente puede proporcionar una señal cuyo propósito decide el sistema operativo, o una aplicación a la que se someten finalmente las señales. Por ejemplo, se puede usar el conmutador para cambiar el color de líneas trazadas sobre la pantalla del ordenador, o en lugar de clics de ratón, o para disparar en juegos, o para indicar contacto con una superficie de la pantalla. En este último caso, se puede diseñar el conmutador para cerrarse con el contacto físico con la pantalla.
Hardware y sensores del lado de la estación base
A continuación se hace referencia a la Fig. 3A, que es un diagrama simplificado que ilustra los componentes internos de una estación base conveniente para el uso con el dispositivo de punteo de la Fig. 2. La estación base comprende preferentemente un conjunto de al menos 2 micrófonos 36 y 38 destinados a recibir la señal procedente del altavoz 26. Se advertirá que los micrófonos actúan como transductores para reconvertir el sonido en señales eléctricas. Asimismo, un fotodiodo IR 40 detecta la señal IR procedente del LED 28. En una variación, una antena puede sustituir el fotodiodo IR, como se ha explicado anteriormente.
Preferentemente se proporciona circuitería de preamplificación y de filtro 42 para cada uno de los sensores 36, 38 y 40. La funcionalidad de multiplexación en el tiempo o en frecuencia 44 permite la multiplexación de la señal sobre un único canal. La funcionalidad de conversión descendente de frecuencia y mezcla 45 permite convertir las señales hacia abajo según se reciben en frecuencias compatibles con la entrada analógica que se está usando.
Para controlar y coordinar la estación base se usa un microprocesador 46 u otra lógica de control. Los datos de sincronización permiten que el microprocesador sincronice los componentes de señalización.
Se proporcionan un cable y una clavija 48 para la conexión a la toma de micrófono del dispositivo informático, o cualquier otra entrada que tenga un convertidor A/D. Los datos en la entrada analógica se ponen preferentemente en memoria intermedia y se filtran mediante circuitería intermedia y circuitería de filtro 49. La puesta en memoria intermedia puede ser diferente según se use una toma de micrófono o alguna otra entrada.
La circuitería de alimentación eléctrica 50 permite el uso de la clavija de micrófono simultáneamente como fuente de alimentación para la estación base y para la salida de datos.
Cuando se usa una UCP principal para descodificar los datos de posicionamiento transferidos desde la entrada analógica, existe un problema inherente de sincronización. El reloj del elemento posicional, es decir, el dispositivo de punteo o terminal inalámbrico, no está sincronizado con la estación base, que a su vez no está sincronizada con el convertidor A/D del dispositivo principal. La sincronización del terminal inalámbrico y la estación base se puede lograr con señales de RF o IR, como se describe en este documento. La sincronización más adelante en dirección de la línea con la base de tiempos principal es imposible en muchos casos. Incluso con una tasa de muestreo relativamente elevada tal como 50 KHz, la desadaptación entre la señal de sincronización IR y la muestra A/D puede ser del orden de 20 \cdot s, que corresponde a pocos centímetros en la ubicación medida. Tal imprecisión no es conveniente para la mayoría de las aplicaciones. Es más, incluso si en un determinado caso se logra una buena sincronización, los relojes de los dos sistemas, a saber el dispositivo principal y la estación base, tienden a derivar con el tiempo debido a la escasa precisión de las tecnologías con cristal de cuarzo existentes.
Para remediar el problema de sincronización del dispositivo principal mencionado anteriormente, la estación base usa preferentemente un determinado intervalo de tiempo o de frecuencia para transmitir al dispositivo principal un patrón de sincronización que está a la tasa de Nyquist del convertidor A/D del dispositivo principal. El dispositivo principal puede usar el patrón para determinar la diferencia de fase entre su propio reloj y el reloj de la base de tiempos de posicionamiento.
El patrón de sincronización se puede transmitir con una regularidad suficiente para compensar la deriva del reloj, y no hay necesidad de enviar dicha señal con cada ciclo de bucle.
En una forma de realización preferida adicional, la circuitería de la estación base envía comandos al elemento posicional, ya sea mediante señal acústica, óptica, infrarroja, de RF o de cualquier otra forma a la que el dispositivo de punteo sea capaz de responder. En tal forma de realización, el elemento posicional 14 tiene receptores de RF o receptores ópticos. Al recibir un comando, el dispositivo de punteo puede emitir una señal tal como la señal acústica examinada anteriormente. El tiempo de emisión de la instrucción desde la estación base se conoce y se puede usar para iniciar la temporización de un retardo en la recepción de la señal acústica. Los retardos respectivos de las señales acústicas en los diferentes micrófonos se pueden usar también para llegar a coordenadas de posición.
En la Fig. 3B se muestra una estación base para la forma de realización de la 1B. Las partes que sean las mismas que en la Fig. 3A reciben los mismos números de referencia y no están descritas de nuevo, salvo en la medida necesaria para una comprensión de la presente figura. En la Fig. 3B, un convertidor A/D 55 recibe la salida de la conversión descendente 45 y la proporciona a la UCP 56. La UCP 56 está conectada a una memoria 57 y un puerto digital de datos 58. La UCP lleva a cabo la descodificación de la forma de onda para determinar la posición del elemento posicional 14 y adicionalmente puede ejecutar aplicaciones usando la información posicional determinada de este modo. Las características se proporcionan preferentemente en el interior de un juego de chips de la estación base. La solución conduce a una estación base más compleja y, por lo tanto, costosa que la de la Fig. 3A. Sin embargo, la circuitería puede estar dedicada al uso con el algoritmo de descodificación de señal en coordenadas que se va a describir a continuación, y así sigue siendo relativamente sencilla en comparación con las soluciones actualmente
disponibles.
Algoritmo de descodificación
Preferentemente se proporciona un algoritmo de descodificación para convertir versiones digitalizadas de las señales del dispositivo de punteo en coordenadas de posición para su paso a un sistema operativo local o directamente a una aplicación o similares. El algoritmo se proporciona preferentemente como parte del software de cliente para el dispositivo informático, ya sea como programa controlador para la estación base o integrado en el sistema operativo local, o excepcionalmente como parte de una aplicación específica. En las formas de realización de la Fig. 1 B, el algoritmo puede ir incorporado en la electrónica de la estación base.
El algoritmo preferentemente tiene en cuenta las capacidades relativamente bajas de frecuencia de muestreo susceptibles de estar disponibles mediante la realización de la conversión descendente de frecuencia. La conversión reduce la frecuencia de datos desde las frecuencias relativamente elevadas necesarias para la transmisión desde el elemento posicional hasta las frecuencias relativamente bajas que el hardware de sonido instalado es susceptible de poder muestrear y digitalizar. Asimismo, el algoritmo incluye preferentemente una aptitud para tratar los ruidos y está adaptado preferentemente para resultados específicos en el tratamiento de señales de baja frecuencia en general.
Como se ha mencionado anteriormente, la técnica conocida en el campo de la ubicación de posición se centra en el uso de señales acústicas muy cortas y energéticas como señal de ubicación. A fin de lograr una buena resolución, las soluciones conocidas imponen frecuencias de muestreo elevadas, típicamente superiores a 400 KHz, para poder hallar tales señales cortas de ubicación y no perderlas completamente. En cambio, las presentes formas de realización no usan preferentemente tasas de muestreo superiores a 44,1 KHz, puesto que tales frecuencias son incompatibles con la base instalada de equipo de procesamiento de sonido. Asimismo, se recomienda conservar audiofrecuencia de señal de baliza superiores a 20 KHz, es decir dentro del intervalo ultrasónico, de modo que los usuarios no la oigan. Estas dos exigencias requieren una solución en la que se modulen los datos sobre una señal o forma de onda portadora ultrasónica. Los datos pueden ir modulados en frecuencia (MF) o modulados en fase (MFase) sobre la portadora que comprende la señal ultrasónica, o se puede usar cualquier otro procedimiento conocido. El algoritmo opera preferentemente para descodificar la señal modulada y para reconstruir la señal original portadora de información acerca de la posición a partir de los resultados del muestreo de la misma. En la presente forma de realización, se prefiere usar señales de banda limitada a fin de lograr un nivel deseado de resolución.
Se usan preferentemente modulaciones de onda continua (OC) tales como espectro ensanchado y saltos de frecuencia, en la búsqueda de posición acústica, para superar los efectos de reverberación y de trayectoria múltiple.
Típicamente se usa más de un detector y las señales procedentes de los detectores se multiplexan para una única entrada. En determinados casos, se puede evitar la necesidad de multiplexación. Por ejemplo, en el caso de una entrada estereofónica Sound Blaster ® o tarjeta de sonido estereofónica similar, se pueden alimentar dos señales a la entrada de micrófono, y otras dos señales a la entrada "Entrada de línea", lo que hace un total de cuatro señales que no precisan multiplexarse conjuntamente. Así, la estación base no requiere multiplexador por división en el tiempo con fines de acceso a la entrada. En lugar de ello, la tarjeta de sonido puede ser alimentada directamente con hasta cuatro sensores, y la circuitería interna de la Sound Blaster ® será entonces capaz de ocuparse de las señales recibidas, usando un programa controlador de software apropiado. Sin embargo se observa que incluso las tarjetas Sound Blaster con entrada estereofónica tienen un máximo de dos convertidores A/D, de modo que sigue siendo necesaria la multiplexación por división en el tiempo para habilitar la tarjeta de sonido para llevar a cabo el muestreo sobre más de dos canales simultáneamente.
A fin de habilitar la tarjeta de sonido con entrada estereofónico para muestrear cuatro canales separados sobre dos convertidores A/D, las señales transmitidas se pueden sincronizar de este modo entre sí mediante la estación base. Tal sincronización se puede lograr de varias maneras. Una manera es enviar datos de sincronización desde o hacia la estación base al lado de las propias señales. Otro procedimiento requiere transmisión cíclica, es decir, se envían las señales de manera coordinada de modo que se use un período o puesta en fase de señal entre los canales que sea conocido a ambos lados. Los procedimientos descritos anteriormente proporcionan así una sincronización de datos, ambos con o sin mecanismo interno de división en el tiempo.
Se señala que el uso de las entradas estereofónicas separadas, según se ha descrito anteriormente, tiene ciertos inconvenientes en comparación con otras formas de realización descritas anteriormente. Así, por ejemplo, puede haber una diferencia de fase entre el muestreo llevado a cabo en cada uno de los dos convertidores A/D, y de este modo debe realizarse una etapa de calibración antes de usar el sistema. De lo contrario, la propia diferencia de fase puede confundir las determinaciones de distancia, conduciendo a una reducción de la precisión.
Otro inconveniente es que se requiere una funcionalidad de gobierno del software relativamente compleja para conservar la temporización de conmutación entre la entrada de micrófono y la entrada "Entrada de línea" tan precisa como sea posible. Una oscilación de fase de un simple 1 \cdot s entre las temporizaciones de conmutación puede dar como resultado una imprecisión de 0,3 mm en la medida a temperatura ambiente.
Asimismo, gran parte de las bases de tarjeta de sonido instaladas sólo toleran la entrada monofónica. Muy pocas tarjetas de sonido están equipadas para la entrada de micrófono estereofónica.
Se puede añadir un coste adicional ya que, para poder usar las entradas adicionales, han de proporcionarse sobre la estación base un conector y cableado adicionales que la mayoría de los usuarios no será capaz de utilizar.
Una forma de realización preferida de la presente invención usa un detector de verosimilitud máxima para descodificar las señales recibidas desde los sensores a fin de determinar las distancias hasta los sensores individuales. En el detector de verosimilitud máxima, las señales recibidas desde los sensores, a través de la estación base, se comparan con señales de referencia. La comparación indica una señal más probable y, a partir de la señal más probable, se determina una distancia como la distancia desde la que, con más probabilidad, se ha transmitido la señal.
El detector de verosimilitud máxima usa preferentemente un modelo matemático total del canal para construir una tabla de búsqueda de señales de referencia frente a la que comparar señales recibidas, de modo que se pueda hallar una mejor distancia de correspondencia. Como alternativa, se puede muestrear a la tasa de Nyquist la forma de onda proporcionada, y cualquier desadaptación de temporización entre los puntos de muestreo se puede remediar mediante funciones de extrapolación, a fin de revelar la distancia. A continuación se hace referencia a la Fig. 4, que es un diagrama de bloques simplificado que indica componentes típicas de un modelo matemático para la incorporación en un detector de verosimilitud máxima del tipo considerado anteriormente. El modelo 60 comprende una secuencia inicial de señales S (t) que se alimenta a la función de transferencia H1(s) del transductor 26 dentro de la estación móvil 14. La estación móvil está seguida de un espacio de aire 62 que está modelado simplemente como un retardo. El espacio de aire se altera para diferentes distancias. El resultado se alimenta entonces al camino de recepción en la estación base 20 que incluye función de transferencia H2(s) para el micrófono 36, igualación H3(s) y filtrado paso bajo H4(s) así como mezcla y todas las demás características del camino. El modelado total del canal es útil en el diseño del detector de verosimilitud máxima porque permite que se construyan señales proporcionadas precisas frente a las que las señales recibidas sólo difieren de modo ideal en la fase. Entonces, de forma relativamente fácil el detector es capaz de distinguir la señal más probable, que corresponde a su vez a la distancia más probable.
La señal IR se usa en el esquema basado en verosimilitud máxima tanto para fijar el inicio del retardo como para sincronizar relojes entre la estación móvil y la estación base. El camino de sincronización 64 está indicado en el modelo. Específicamente, el camino 64 proporciona una señal de sincronización al oscilador local.
El experto advertirá que las señales acústicas tienen funciones de transferencia angular que difieren. A fin de compensar este hecho, se puede añadir un igualador a la estación base.
La señal IR (u otra electromagnética) también apunta preferentemente, a través de un segundo camino 66, un tiempo de inicio equivalente a una distancia cero en una tabla de búsqueda de distancias 68. La señal más probable obtenida por el detector de verosimilitud máxima se usa entonces para identificar una distancia más probable distinta de cero a partir de la tabla de búsqueda. El experto advertirá que, en lugar de una tabla de búsqueda, es posible usar una matriz generada al vuelo. Asimismo, se pueden usar otros detectores; y existen varios descodificadores conocidos de señales MF, tales como PLL (bucles de enganche de fase), desmodulación en I/Q, multiplicación de fase, etc.
La distancia de verosimilitud máxima se puede someter entonces a prueba por medio de correlación, y se hace referencia brevemente a la Fig. 5, que es una representación gráfica en dos partes que muestra una función de correlación típica que puede usarse. La parte superior de la representación gráfica muestra la función y la parte inferior de la representación gráfica es una vista a escala ampliada o aumentada de la parte central superior de la representación gráfica.
A continuación se hace referencia a la Fig. 6, que es un diagrama de bloques simplificado que muestra una unidad descodificadora 70 destinada a llevar a cabo la descodificación según se ha descrito anteriormente. La unidad descodificadora 70 comprende un detector de verosimilitud máxima 72 que usa el modelo de canal 60 según se ha descrito en referencia a la Fig. 4 anterior, y la tabla de búsqueda 68. El detector de verosimilitud máxima 72 está seguido de un correlacionador 74, que usa la función de correlación 76 para llevar a cabo la correlación usando la distancia detectada como más probable por el detector de verosimilitud máxima 72, para confirmar que la distancia detectada es
correcta.
A continuación se hace referencia a la Fig. 7, que es un diagrama simplificado que muestra un dispositivo de punteo según una forma de realización preferida adicional de la presente invención. Las partes que sean las mismas que en las figuras anteriores reciben los mismos números de referencia y no están descritas de nuevo, salvo en la medida necesaria para una comprensión de la presente figura. El dispositivo de punteo de la Fig. 7 difiere de aquel de la Fig. 2 en que éste comprende adicionalmente una unidad codificadora 80, conectada entre el LED 28 y el altavoz 26. La unidad codificadora 80 proporciona codificación adicional de la señal antes de enviarla en salida al altavoz 26. La codificación adicional de la señal puede servir para una mayor robustez de la señal, así como para reducir al mínimo la interferencia con usuarios cercanos. Esta última tiene varios beneficios. Permite que múltiples usuarios usen la misma estación base, o puede permitir que un único usuario use varios dispositivos de punteo, por ejemplo en un juego como el ajedrez. Si cada pieza de juego es un dispositivo de punteo diferente y la descodificación de señales permite que se distingan los diferentes dispositivos de punteo, entonces el sistema es capaz de incorporar juegos con múltiples piezas de juego. La reducción al mínimo de la interferencia con los usuarios cercanos puede permitir además la presencia simultánea de múltiples usuarios en la misma sala.
Una de las maneras preferidas de reducir al mínimo la interferencia entre diferentes dispositivos de punteo es mediante el uso de algoritmos seudoaleatorios de saltos de frecuencia. Cada estación móvil tiene preferentemente una secuencia seudoaleatoria de saltos de frecuencia incorporada en la unidad codificadora 80, o si se prefiere en el controlador 30. La estación base o la unidad descodificadora, según se prefiera, tiene una unidad de rastreo de saltos que es capaz de sincronizarse sobre la misma secuencia de saltos. Una forma de realización preferida proporciona sincronización mediante el uso de la señal IR u otra electromagnética para transferir la secuencia de saltos a la estación base. Otra forma de realización preferida usa calibración de fábrica para proporcionar una secuencia.
Una de las aplicaciones que se pueden realizar con un sistema de detección de posición basado en saltos de frecuencia es la integración de la estación base 20 del sistema con una estación base en red local inalámbrica (WLAN). El resultado es una mejora de la red local inalámbrica y una estación base de posicionamiento capaz de soportar múltiples usuarios y capaz de gestionar por separado cada uno de los datos de usuario. Los usuarios son capaces, por ejemplo, de escribir en papel o en sus propias tabletas electrónicas usando dispositivos de punteo pertenecientes a o compatibles con la red local inalámbrica. Oculta, la red local inalámbrica sigue la traza de los movimientos de cada uno de los usuarios por separado y produce versiones electrónicas en red de cada uno de sus documentos manuscritos. A los efectos de escritura sobre papel, el dispositivo de punteo 14 es una combinación del dispositivo de punteo de la Fig. 2 y un lápiz convencional.
Cliente y aplicación necesitan poder variar, y las aplicaciones individuales pueden requerir aumentar al máximo las variables particulares en relación con las otras. Por ejemplo, en determinadas aplicaciones, la precisión puede tener menos importancia que el consumo de corriente, y por eso se pueden reducir los posibles grados de precisión o el número de detectores en funcionamiento en favor de una reducción del consumo de corriente. A fin de permitir tal optimización específica del sistema sin fabricar una gama de dispositivos similares, se prefiere un esquema programable flexible, tanto para la estación base como para la estación móvil.
La programación flexible se puede realizar programando fusibles o mediante el uso de memoria permanente (como ROM o EEPROM). Los datos típicos para el ajuste de este modo incluyen:
Tasa de muestreo por segundo,
Potencia de transmisión,
Aplicación en 2D o 3D,
y similares.
Adicionalmente se puede suministrar un sensor de presión al elemento posicional 14, cuya salida puede ser usada por aplicaciones apropiadas para permitir características gráficas o de seguridad. Por ejemplo, se puede trazar una línea de forma diferente en función de la presión aplicada. Un sensor de presión conveniente para la incorporación en un dispositivo de punteo puede comprender un digitalizador (10 bits o menos), un medidor de deformación o un circuito excitador.
Otra función más puede incluir la aptitud para medir el ángulo de la estación móvil (útil por ejemplo en aplicaciones de estilete digital). Un sensor de posición angular conveniente para la incorporación en el dispositivo de punteo 14 puede comprender un medidor de inclinación, digitalizador y circuito excitador. En una forma de realización adicional, se pueden situar dos indicadores de posición tales como altavoces ultrasónicos a cada extremo del dispositivo de punteo, transmitiendo cada uno de tal manera que vuelva distinguibles las señales. El ángulo del dispositivo de punteo se puede derivar entonces calculando cada una de las posiciones y realizando una geometría simple entre ellas.
Estación base autónoma
Como se ha mencionado anteriormente, en la forma de realización de la Fig. 1B, la estación base 20 incluye la aptitud para descodificar señales sin el apoyo del dispositivo informático principal 10.
El algoritmo de descodificación descrito anteriormente no requiere un poder de proceso especialmente potente y, por eso, es factible incluir una UCP de recursos limitados en la estación base sin incrementar el coste global. En una forma de realización preferida, se usa una potencia de cálculo de -1 MIPS para descodificar las señales. Esta baja potencia de cálculo puede integrarse de hecho en un único chip de estación base personalizado, o como módulo de ampliación de bajo coste. El uso de tal UCP permite una conexión más convencional a dispositivos principales, tal como: UART, USB, Serie y otros, puesto que la señal que se transfiere es el resultado procesado del posicionamiento, y no las señales en bruto. Dicha salida también es conveniente para el uso directo en una red local inalámbrica y Bluetooth.
Dicha estación base autónoma incluye preferentemente un elemento digitalizador, (convertidor A/D), una UCP, una memoria y circuitería de interfaz.
Posicionamiento con luz
A continuación se hace referencia a la Fig. 8, que es un diagrama de bloques simplificado que ilustra una variación de las formas de realización descritas anteriormente, usando sensores de búsqueda de dirección de la luz. Las partes que sean las mismas que en las figuras anteriores reciben los mismos números de referencia y no están descritas de nuevo, salvo en la medida necesaria para una comprensión de la presente figura. Un sensor 90 comprende dos LED 92 y 94 desalineados según un ángulo predeterminado. Un amplificador diferencial 96 está conectado, a través de cada una de sus dos entradas diferenciales, entre los dos LED 92 y 94 de manera que mida la diferencia entre niveles de corriente en cada uno de los LED. El LED 28 en el dispositivo de punteo 14 produce un haz luminoso estrecho cuya dirección se puede medir desde el sensor. El sensor 90 se construye preferentemente con óptica en forma de lentes 98 y 100 para cubrir el área de detección y garantizar que la luz procedente de una visión de campo predeterminada caiga directamente sobre el área de detección.
La estación base es básicamente la misma que la de la Fig. 3, salvo que en lugar de micrófonos hay sensores de búsqueda de dirección de la luz 90 y el fotodiodo IR separado no es necesario, puesto que la totalidad de sus funciones de sincronización y similares pueden ser asumidas por los fotodiodos de los sensores de búsqueda de dirección de la luz.
El algoritmo de descodificación correspondiente maneja un tipo diferente de parte de la información de la señal, pero la información de base se maneja sustancialmente de la misma manera. La búsqueda tanto de una dirección como de una distancia es semejante a los principios que fundamentan la visión estereoscópica y los ángulos en los dos sensores se encuentran y triangulan para dar una posición. Por otra parte, se aplican los mismos resultados en cuanto al algoritmo de descodificación de las formas de realización previas, a saber los resultados de las bajas tasas de muestreo y bajas frecuencias necesarias si el sistema debe aprovechar la entrada analógica y el hardware del dispositivo informático.
Detección de actitud con ultrasonidos
A continuación se hace referencia a la Fig. 9, que es un diagrama simplificado que muestra el elemento posicional de la Fig. 2 adaptado para la detección de actitud. Las partes que sean las mismas que en la Fig. 2 reciben los mismos números de referencia y no están descritas de nuevo, salvo en la medida necesaria para una comprensión de la presente figura. A una distancia predeterminada del primer altavoz 26 se proporciona un segundo altavoz 26'. Los dos altavoces se proporcionan preferentemente en extremos opuestos del elemento. Cada altavoz emite una forma de onda independiente que se detecta por separado y la actitud de elemento se determina mediante el trazado de una línea recta entre las dos posiciones. Preferentemente, los dos altavoces son capaces de identificarse por sí mismos a los detectores y de operar simultáneamente. Sus señales respectivas se pueden multiplexar en el tiempo o en frecuencia para trabajar conjuntamente y, en una forma de realización preferida, los dos altavoces usan saltos de frecuencia, usando cada uno una secuencia seudoaleatoria diferente.
Posicionamiento electromagnético
Otro procedimiento que se puede usar con la entrada de micrófono es el posicionamiento electromagnético. Un tablero con bucles magnéticos dispuestos ortogonalmente (conductores) sirve de bloc de notas. Un dispositivo de punteo emite señales electromagnéticas, que son recibidas por los bucles magnéticos de la tabla. Mediante análisis de las señales, se puede calcular la posición del dispositivo de punteo. Los bucles pueden estar impresos sobre una PCB y se pueden hacer suficientemente pequeños para aportar cualquier grado de precisión que se desee.
El dispositivo de punteo es el mismo que el de la Fig. 2, salvo que se sustituye el LED 28 por un emisor electromagnético que incluye una antena emisora y circuitería de modulación asociada. La estación base comprende bucles integrados como sensores con circuitería de desmodulación de RF, pero al margen de eso es la misma que la estación base de la Fig. 3.
El algoritmo de descodificación tiene también que manejar un tipo diferente de parte de la información de la señal, pero al margen de eso cubre los mismos resultados que los descritos anteriormente.
El sistema de posicionamiento de las presentes formas de realización tiene una amplia gama de aplicaciones, de las que algunas están enumeradas a continuación. Preferentemente se fabrica un único dispositivo electrónico, y se prepara de diferentes maneras en función de la aplicación elegida, posiblemente mediante el uso de interruptores de puente o DIP. Los interruptores pueden permitir la configuración del sistema para los compromisos más apropiados para la aplicación dada. En algunas aplicaciones, es importante un bajo consumo de energía. En otras, la precisión del posicionamiento es crucial. En otras más, la precisión es menos importante que la actualización rápida y el número de muestras por segundo. En otras, el alcance es importante, y en otras más puede ser crucial la aptitud para admitir grandes números de usuarios.
En lo sucesivo, se consideran cierto número de aplicaciones de la tecnología descrita anteriormente.
Sistema de seguimiento global
A continuación se hace referencia a la Fig. 10, que es un diagrama simplificado que ilustra una sala de conferencias dotada de un sistema de seguimiento global. El sistema de seguimiento global comprende un sistema de red local inalámbrica 110 con una estación base insertada según las presentes formas de realización. Una serie de usuarios 112 en la sala de conferencias tienen elementos posicionales 114 según las formas de realización preferidas. Cada elemento posicional tiene su propia identidad única según se ha descrito anteriormente. Los distintos elementos posicionales transmiten formas de onda, y las formas de onda son detectadas por el sistema de seguimiento global. Las formas de onda pueden ser objeto de un seguimiento adicional mediante sistemas de seguimiento locales para el usuario, tales como estaciones base autónomas 116, teléfono móvil 118 con estación base incorporada y similares. Asimismo, la misma mesa de conferencias puede tener su propia estación base maestra 120 combinada con la instalación telefónica de la sala de conferencias.
Aplicaciones de juguetes
Los juguetes con posicionamiento se pueden dividir en tres subcategorías, que se explicarán a continuación:
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Ámbito de juegos de pantalla,
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Ámbito de juegos de ordenador, y
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Entornos exentos de ordenador.
Ámbito de juegos de pantalla - estos son juegos en los que la interacción del usuario es directamente con la pantalla del ordenador, por ejemplo:
(a) Dedo de juguete
a. un dispositivo de punteo de juguete para niños pequeños y/o niños para apuntar a pantallas de ordenador a fin de interactuar con el sitio Web y/o programa. El toque con el dispositivo de punteo sobre la pantalla lanza un sitio Web de dibujos animados en la zona de miembro del niño pequeño. El dispositivo de punteo también actúa como medio para interactuar con objetos que aparecen en la pantalla.
b. El dispositivo de punteo, quizá con la forma exterior de un dedo apuntado o un personaje de dibujos animados, y tecnológicamente un lápiz digital, tiene una identidad única, según cualquiera de las formas de realización anteriores.
(b) Pájaro de juguete
a. Se proporciona un juego en el que el usuario hace volar un pájaro hacia un nido ubicado en el lado superior derecho de la pantalla para recibir puntos o aplausos.
b. La implementación es como para el dedo apuntado anterior.
(c) Palancas de mando inalámbricas
a. Una aplicación posible de la tecnología es una palanca de mando inalámbrica para juegos de ordenador. Las palancas de mando tienen aplicaciones en toda la industria de juegos de ordenador.
Ámbito de juegos de ordenador - El ámbito de juegos de ordenador son juegos en los que la interacción ocurre a proximidad del ordenador, o en realidad el PDA, teléfono móvil o un elemento acoplado al ordenador. Los ejemplos son los siguientes:
Juego de campo de batalla
a. Con referencia ahora a la Fig. 11, las piezas 122 se mueven sobre un tablero 124. El tablero puede ser típicamente un campo de batalla en el que dos oponentes entablan batalla. Las piezas de juego representan soldados y armas que avanzan frente a frente y luchan. Determinados aspectos del juego sólo tienen lugar en la pantalla. Por ejemplo, si uno de los jugadores hace avanzar su soldado hasta una ubicación concreta que contiene una mina, la explosión resultante sólo se produce en la pantalla.
b. Cada uno de los soldados y armas (vehículos, etc.) tiene un terminal inalámbrico que tiene insertada en su interior su propia identidad única. Una o unas estaciones base insertadas en el ordenador o un elemento acoplado al ordenador recibe las coordenadas de posición únicas de todos y cada uno de los soldados, vehículos, etc. y los coordina usando una aplicación de plan de guerra sobre el ordenador.
Entornos exentos de ordenador - Los juegos con entornos exentos de ordenador son juegos que no requieren un PC, dado que ellos mismos llevan una UCP con potencia suficiente.
(a) Juegos de batalla - como anteriormente pero autónomos, sin el ordenador.
(b) Coches de juguete con capacidad de posicionamiento
a. Un coche sigue a otro coche o interactúa de otro modo con el mismo.
b. Un coche tiene una unidad de Estación Base, mientras que el otro tiene una unidad de Terminal Inalámbrico. De este modo, el segundo coche es capaz de seguir al primero o de interactuar de otro modo con el mismo.
(c) Robots independientes
A continuación se hace referencia a la Fig. 12, que ilustra un juego en el que una serie de robots independientes 130 siguen la pista de la posición de cada uno de los demás y la posición de una pelota 132 y transfieren la pelota entre ellos. Cada robot tiene un elemento posicional para el robot como un todo y elementos posicionales adicionales para cada extremidad, cuya posición se necesita para el tipo de maniobras previstas. En una forma de realización, cada robot incluye su propia estación base autónoma y toma sus decisiones basándose en datos de posición entrantes de sí mismo y desde los robots circundantes. Sin embargo, en una segunda forma de realización simplificada, cada robot sólo tiene elementos posicionales y circuitería de mando. El seguimiento se lleva a cabo mediante una estación base externa que después da al robot instrucciones sobre el modo de moverse. Así, sólo se necesita proporcionar un único dispositivo inteligente y los robots pueden ser relativamente sencillos.
En la forma de realización, un robot transfiere una pelota a un segundo robot. El segundo robot coge la pelota y la transfiere a un tercer robot.
En una forma de realización alternativa, una palanca de mando puede controlar el movimiento de un robot, mientras que los demás intentan atraparlo automáticamente basándose en su posicionamiento. La aplicación puede hacer uso de una comunicación bidireccional, según se ha explicado en otra sección de este documento.
(d) Bloques de construcción con capacidad de posicionamiento
a. Cada uno de los bloques de construcción se suministra con su propia identidad única. Se pueden construir varias estructuras de forma interactiva, recibiendo consejos del ordenador durante el transcurso de la construcción.
b. Cada uno de los bloques de construcción se suministra con un Terminal Inalámbrico y una identidad única.
(e) Guantes de mando y control
Guantes de mando y control para realidad virtual o juegos similares. Cada extremidad del guante está provista de aptitud para la ubicación de la posición según las formas de realización anteriores. De acuerdo con las presentes formas de realización, tal aptitud para el posicionamiento se puede proporcionar acoplando simplemente un sensor al extremo de cada dedo de un guante corriente. De este modo, cada dedo está provisto de una aptitud para el posicionamiento por separado que se leerá según se desee mediante la aplicación del juego. De forma alternativa o adicional, unos anillos sobre los dedos pueden proporcionar terminales inalámbricos o se pueden aplicar correas sobre cualquier parte del cuerpo del usuario o sobre artículos o accesorios usados en el juego.
Aplicación de inventario
A continuación se hace referencia a la Fig. 13, que es un diagrama simplificado que ilustra un sistema de inventario según una forma de realización de la presente invención. Insertados en artículos de existencias 140 que se desean inventariar están elementos posicionales, y una estación base 142 se proporciona en los locales para seguir el movimiento. Tal sistema es ventajoso en el seguimiento de existencias que se desplazan con frecuencia y para las que se necesita información actualizada.
Aplicación de fabricación
A continuación se hace referencia a la Fig. 14, que muestra cierto número de robots 150 dispuestos en torno a una cadena de producción 152. Cada robot tiene una tarea de producción y extremidades y movilidad para llevar a cabo la tarea. La estación base 154 lleva el control global de los robots.
Cada robot puede tener un elemento posicional para el robot como un todo y/o elementos posicionales para cada extremidad cuya posición se necesita para el tipo de maniobras previstas. En una forma de realización, cuando se necesita que los robots interactúen entre sí, cada robot incluye su propia estación base autónoma y toma sus decisiones basándose en datos de posición entrantes de sí mismo y desde los robots circundantes. Sin embargo, en una segunda forma de realización simplificada, cada robot sólo tiene elementos posicionales y circuiteria de mando. El seguimiento se lleva a cabo mediante las estaciones base externas 154 que después dan instrucciones a los robots sobre el modo de moverse. Así, sólo se necesita proporcionar un mínimo número de dispositivos inteligentes, y unos robots relativamente sencillos pueden proporcionar un comportamiento de grupo.
Se puede lograr una precisión más elevada colocando en el espacio de detección terminales inalámbricos adicionales, en ubicaciones predeterminadas. Al medir estas unidades se calibrará la medición absoluta de los terminales móviles de modo que pueda lograrse una mayor precisión.
Aplicación de seguridad
Un dispositivo de punteo con una estación base según las presentes formas de realización se puede incorporar en un esquema de identificación electrónica. Para la identificación se suelen usar firmas personales manuscritas, pero un falsificador experto es capaz de copiar firmas de otras personas. Sin embargo, un falsificador copia la apariencia externa de la firma y no el modo en que el usuario aplica presión al lápiz o sostiene el lápiz, pongamos por caso en un ángulo dado sobre una parte dada de la firma. Un dispositivo de punteo, que el usuario puede usar como un lápiz para escribir sobre papel y que puede suministrar no sólo información acerca del movimiento sino también información acerca de la presión y la actitud, proporciona una firma personal de con una seguridad potenciada. Aunque están en uso sistemas para obtener información acerca de la firma que incorpora presión así como la apariencia externa, el uso de las presentes formas de realización hace que dicho sistema sea más barato y más flexible. Asimismo, la información acerca de la actitud del lápiz ofrece una mayor verificación. El ángulo del lápiz se puede medir añadiendo al lápiz un sensor adicional de posición angular. El sensor de posición angular puede comprender un acelerómetro o puede usar un transmisor adicional de señal de ubicación al otro lado del estilete, como se ha descrito anteriormente. En este último caso, la estación base determina las ubicaciones XYZ de los dos transductores, a partir de las cuales se puede calcular el ángulo del estilete. El ángulo se usa entonces como factor adicional y da como resultado una versión electrónica de la firma que es un triplete de tres valores vectoriales (ubicación XY, presión, ángulo).
Las siguientes formas de realización describen un aparato de identificación potenciada, que integra posicionamiento con otros procedimientos de seguridad.
Uso de un dispositivo de punteo en forma de un estilete como medio de autenticación. Como parte del sistema se proporciona un grupo de estiletes. A cada uno de los usuarios de un grupo identificado se proporciona uno de estos estiletes y cada estilete está provisto de su propia identidad electrónica.
Mediante la identificación del estilete, el usuario que está interactuando con el sistema se identifica, y esto permite un uso verificable del sistema en aplicaciones orientadas a la seguridad. También se puede solicitar al usuario que proporcione su firma habitual, que puede ser verificada electrónicamente sobre la base del movimiento y la presión aplicada o similares.
Para mayor seguridad, un estilete también puede estar provisto de una característica para habilitar una firma digital, basada por ejemplo en la infraestructura de clave pública (ICP). El usuario puede firmar con su firma manuscrita habitual. Una vez verificada la firma manual, el sistema usa el estilete para proporcionar una firma digital al documento usando un algoritmo de ICP. Tal característica requiere comunicación bidireccional entre el dispositivo de punteo y la estación base, que se puede proporcionar usando canales de IR o RF. La firma electrónica proporciona así una garantía de que se ha usado el estilete personalizado y de que se ha verificado al usuario autorizado.
Como alternativa o además de lo anterior, se puede añadir un teclado numérico para permitir que el usuario introduzca un número de identificación personal (NIP).
Como alternativa adicional o además de lo anterior, el sistema puede incorporar además un sensor biométrico en el estilete o la estación base para incrementar el grado de seguridad. El sensor biométrico puede ser por reconocimiento de huellas dactilares, reconocimiento de firma por análisis retiniano, reconocimiento de firma por análisis de la voz y similares.
Aplicaciones adicionales del estilete
Un estilete o lápiz digital se puede usar adicionalmente para:
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Telemando. La posición del estilete se puede seguir y usar para ejercer el mando sobre un sistema. De este modo, al apuntar hacia un dispositivo puede parecer que se pone en funcionamiento. Al torcer el estilete mientras se apunta se puede alterar el funcionamiento del dispositivo.
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Los relojes de pulsera con teléfono pueden estar provistos de un estilete en miniatura para escribir sobre la cara del teléfono o sobre una pequeña tableta adyacente acoplada al mismo. Alternativamente, la escritura se puede llevar a cabo sobre papel corriente y que el reloj ubicado a proximidad siga el movimiento del estilete.
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El estilete se puede usar para suministrar mensajes cortos (SMS) en lugar de tener que teclearlos a través del teclado y/o puede proporcionar la aptitud para esbozar y enviar el esbozo como un archivo. Asimismo, se puede usar el estilete para introducir un número de teléfono que se marca después. La misma idea puede aplicarse a teléfonos convencionales.
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El estilete se puede usar para habilitar la escritura para introducción de datos, etc. En otros dispositivo tales como cajas registradoras, dispositivos de juego, televisión por cable, refrigeradores, etc.
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El estilete de la aplicación de seguridad examinada anteriormente se puede usar como parte de una autenticación de firma de cheque o tarjeta de crédito frente a un dispositivo de punto de venta.
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Lápiz con altavoz - A condición de que se disponga de la potencia de cálculo, al escribir, es posible proporcionar una aplicación en la que el lápiz escribe y la aplicación pronuncia las notas escritas. Las aplicaciones para el reconocimiento de la escritura manual son muy conocidas, y se conocen aplicaciones para la vocalización electrónica de la escritura. La combinación de ambas con el estilete de las presentes formas de realización proporciona una forma de releer notas manuscritas. La aplicación puede ir ubicada en la estación base u ordenador acoplado. Si se usa la forma de realización en la que es posible la transmisión de retorno al lápiz, entonces el propio lápiz puede pronunciar las notas escritas.
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Lápiz digital y traductor combinados - el lápiz escribe y traduce la salida a otras lenguas.
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Todas las combinaciones de las anteriores.
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Un dispositivo autónomo que sirve de Estación Base tiene su propia pantalla y preferentemente está conectado en red, a través de Bluetooth, red local inalámbrica, red local corriente o similares a impresoras y otros dispositivos. La disposición proporciona una gama completa de abarcamiento desde la entrada manual hasta la salida impresa o de cualquier otra forma final.
Aplicaciones varias
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Estéreo 3D - colocando el transmisor inalámbrico en una persona, el estéreo puede elegir el modo de dirigir volumen/sonido diferente desde diferentes altavoces para aportar a la persona, dondequiera que esté en la sala, una experiencia de sonido envolvente total y real. La dirección estereofónica como tal es conocida pero se puede simplificar en gran medida mediante el uso de seguimiento según la presente invención.
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Seguimiento de video - Sobre la base del mismo principio que el seguimiento estereofónico, se puede usar el seguimiento en asociación con una videocámara de PC para seguir automáticamente a una persona que está siendo filmada. Las formas de realización pueden extenderse evidentemente a cualquier sistema de video y puede ser especialmente útil para la técnica de videoconferencia, etc.
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Sistemas de posicionamiento exterior + interior para coches - por ejemplo, teniendo elementos en el interior del coche que se controlan o de los que se está al corriente siguiendo la pista de su posición.
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Dispositivo de seguimiento - un dispositivo de estación base autónomo con una pantalla que dirige al usuario hasta la ubicación de un objeto de su proximidad. El sistema puede indicar en la pantalla la identidad y ubicación de estos objetos. El sistema puede ser útil en una habitación para encontrar llaves y otros artículos personales.
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Sistema de red bidireccional. El sistema comprende una serie de dispositivos que tienen a la vez transmisor y receptor. Cada dispositivo ubica y registra cada uno de los demás dispositivos de los que tiene conocimiento y entre ellos construyen una red virtual. La red se puede construir entre ellos mismos o puede usar adicionalmente un concentrador inteligente. El resultado es una red basada en comunicación radioeléctrica cuyo alcance es mucho mayor que el alcance de cualquiera de los objetos individuales. Cada objeto tiene las coordenadas exactas de los objetos cercanos y así pueden usar emisión direccional para mejorar el alcance o la eficacia del espectro, y se puede usar la red para entregar datos a cualquier punto o para obtener de cualquier objeto participante el paradero de objetos de red sin relación y así sucesivamente. La red se puede conectar a otras redes similares o puede tener un punto de acceso a una red más ancha. Los elementos individuales pueden estar provistos de sus propias identidades y el sistema es útil para proporcionar seguimiento en tiempo real de equipos de hombres y proveerlos simultáneamente de un sistema intercomunicador.
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Una versión a escala reducida del sistema de inventario puede proporcionar una alerta de Fuera de alcance. Un elemento posicional puede proporcionarse sobre artículos sueltos que se suministran temporalmente a clientes, por ejemplo cascos de auriculares que se proporcionan a pasajeros de compañías aéreas. Si el cliente se lleva el artículo, se activa entonces una alarma de fuera de alcance, permitiendo encontrar el dispositivo extraviado.
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Un usuario puede tener un localizador personal que active puertas, luces y aparatos. Asimismo se pueden dirigir equipos de comunicación, mediante seguimiento del localizador personal, para desviar llamadas, facsímiles, a un usuario. Tanto el seguimiento como la gestión de la transferencia de comunicación se gestionan preferentemente sobre una red local o una red local inalámbrica. El propio localizador personal puede informar al usuario sobre llamadas entrantes y otras comunicaciones y dar las opciones de recibir la comunicación. En la versión de red local inalámbrica, la estación base forma parte preferentemente de la infraestructura de la red local inalámbrica.
La invención está definida por las reivindicaciones que se adjuntan.

Claims (102)

1. Un sistema de detección de posición para su uso en asociación con aplicaciones informáticas, comprendiendo el sistema:
un elemento posicional (14) destinado a alcanzar una posición y que comprende un primer emisor para emitir una forma de onda ultrasónica continua, y
una disposición de detectores (20) para detectar dicha forma de onda de manera que permita la fijación de dicha posición y enviar en salida dicha forma de onda con fines de cálculo, con carácter retentivo de dicha aptitud para fijar la posición, caracterizado porque:
Dicha forma de onda ultrasónica comprende:
una onda portadora, y una modulación integrada sobre dicha onda portadora de la que derivar dicha fijación de dicha posición.
2. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicha disposición de detectores (20) es capaz de operar para emitir dicha forma de onda descodificable para fijar dicha posición, de tal modo que dicha forma de onda sea descodificable a baja tasa de muestreo.
3. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicha forma de onda comprende una periodicidad.
4. El sistema de detección de posición de la reivindicación 2, en el que dicho envío en salida comprende proporcionar dicha forma de onda descodificable a baja tasa de muestreo a al menos una entrada analógica de un dispositivo informático para dicho cálculo.
5. El sistema de detección de posición de la reivindicación 4, en el que dicho envío en salida comprende proporcionar dicha forma de onda a al menos dos entradas analógicas de dicho dispositivo informático.
6. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, que comprende una pluralidad de elementos de posicionamiento, y en el que dicha disposición de detectores (20) está configurada para suministrar formas de onda respectivas como canales separados para dicho envío en salida.
7. El sistema de detección de posición de la reivindicación 6, que comprende además una pluralidad de disposiciones de detectores (20) para aportar mayor precisión de detección.
8. El elemento de detección de posición de la reivindicación 6, en el que dichos canales separados están multiplexados en el tiempo o multiplexados en frecuencia.
9. El sistema de detección de posición de la reivindicación 6, en el que cada elemento de posicionamiento comprende además un modulador para modular dicha onda continua.
10. El sistema detector de posición de la reivindicación 9, en el que dicho modulador es un modulador de frecuencia.
11. El sistema de detector de posición de la reivindicación 10, en el que cada elemento de posicionamiento está provisto de una secuencia de saltos de frecuencia para permitir un uso simultáneo de dicha pluralidad de elementos de posicionamiento.
12. El sistema detector de posición de la reivindicación 11, en el que dicha secuencia de saltos de frecuencia es una secuencia seudoaleatoria diferente.
13. El sistema de detección de posición de la reivindicación 9, en el que dicho modulador es un modulador de amplitud.
14. El sistema de detección de posición de la reivindicación 9, en el que dicho modulador es capaz de operar para modular datos adicionales a datos de posición para dicha forma de onda.
15. El sistema de detección de posición de la reivindicación 6, en el que cada elemento de posicionamiento comprende un identificador único.
16. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicha onda continua está modulada.
17. El sistema de detección de posición de la reivindicación 16, en el que dicha onda continua se modula usando espectro ensanchado.
18. El sistema de detección de posición de la reivindicación 16, en el que dicha onda continua se modula usando modulación por división en el tiempo.
19. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho elemento posicional (14) comprende un sensor biométrico.
20. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que la disposición de detección comprende una pluralidad de receptores, para proporcionar detección multidimensional de dicha posición.
21. El sistema de detección de posición de la reivindicación 20, en el que dicho envío en salida comprende proporcionar dicha forma de onda descodificable a baja tasa de muestreo a una entrada analógica de un dispositivo informático para dicho cálculo y siendo además capaz de operar para multiplexar señales de dicha forma de onda procedentes de cada uno de dicha pluralidad de receptores para dicha aplicación en entrada a dicha entrada analógica.
22. El sistema de detección de posición de la reivindicación 21, capaz de operar para hacer uso de una capacidad de demultiplexación de dicho dispositivo informático para demultiplexar dichas señales recibidas en dicha entrada analógica.
23. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho elemento posicional (14) comprende además un segundo emisor para emitir una señal adicional a dicha forma de onda continua y tener una velocidad diferente de la misma, para obtener con ello datos indicativos de una distancia entre dicho elemento posicional {14) y detectores de dicha disposición de detectores (20) a partir de un retraso entre dicha forma de onda continua y dicha señal adicional.
24. El sistema de detección de posición de la reivindicación 23, en el que dicha señal adicional es una señal a la velocidad de la luz.
25. El sistema de detección de posición de la reivindicación 24, en el que la señal a la velocidad de la luz es una señal infrarroja.
26. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho envío en salida comprende proporcionar dicha forma de onda a una entrada analógica de un dispositivo informático.
27. El sistema de detección de posición de la reivindicación 26, en el que dicha entrada analógica es una entrada a un convertidor analógico a digital.
28. El sistema de detección de posición de la reivindicación 27, en el que dicho convertidor analógico a digital forma parte de una tarjeta de sonido.
29. El sistema de detección de posición de la reivindicación 27, en el que dicha entrada analógica es al menos una entre una entrada de micrófono, una entrada de línea y una entrada de módem.
30. El sistema de detección de posición de la reivindicación 29, en el que dicha disposición de detectores (20) está configurada para ser alimentada desde dicho dispositivo informático a través de dicha entrada analógica.
31. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho carácter retentivo de dicha aptitud para fijar la posición comprende retener dicha aptitud a lo largo de un bajo muestreo de frecuencia.
32. El sistema de detección de posición de la reivindicación 31, en el que dicho bajo muestreo de frecuencia comprende una tasa compatible con el muestreo a la frecuencia de Nyquist de señales sonoras.
33. El sistema de detección de posición de la reivindicación 32, en el que dicha tasa está por debajo de 50 KHz.
34. El sistema de detección de posición de la reivindicación 32, en el que dicha tasa es sustancialmente 44 KHz.
35. El sistema de detección de posición de la reivindicación 32, en el que dicha tasa es sustancialmente 6 KHz.
36. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que el sistema comprende además una unidad descodificadora destinada a llevar a cabo dicho cálculo para descodificar dicha forma de onda e indicar dicha posición.
37. El sistema de detección de posición de la reivindicación 36, en el que dicha unidad descodificadora comprende un detector de verosimilitud máxima para llevar a cabo dicha descodificación hallando una distancia más probable.
38. El sistema de detección de posición de la reivindicación 37, en el que dicho detector de verosimilitud máxima comprende un modelo de canal destinado a modelar el paso de dicha forma de onda desde dicho elemento posicional (14) hasta dicha unidad descodificadora de forma de onda, para proporcionar de esta forma una señal de referencia frente a la que identificar dicha distancia más probable.
39. El sistema de detección de posición de la reivindicación 37, en el que dicho detector de verosimilitud máxima está seguido de un correlacionador para confirmar dicha distancia más probable.
40. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, comprendiendo además un sincronizador para la sincronización entre dicha disposición de detectores (20) y dicho elemento posicional (14).
41. El sistema de detección de posición de la reivindicación 40, en el que dicho sincronizador es capaz de operar para usar al menos una entre señalización IR y RF para llevar a cabo dicha sincronización.
42. El sistema de detección de posición de la reivindicación 40, en el que dicho sincronizador es capaz de operar para supervisar desviaciones de sincronización para reducir en consecuencia una frecuencia con la que se llevan a cabo sincronizaciones de repetición.
43. El sistema de detección de posición de la reivindicación 40, en el que dicha sincronización es con un oscilador local en dicho elemento posicional (14).
44. El sistema detector de posición de la reivindicación 40, en el que dicho sincronizador es además capaz de operar para añadir una señal de sincronización a dicha forma de onda, para sincronizarse con ello con un dispositivo principal.
45. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho elemento posicional (14) está cableado con dicho conjunto de detectores.
46. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho elemento posicional (14) comprende un codificador digital para codificar datos digitales en dicha forma de onda continua.
47. El sistema de detección de posición de la reivindicación 36, en el que dicha unidad descodificadora de forma de onda se proporciona como un programa de cliente para la instalación en un sistema informático.
48. El sistema de detección de posición de la reivindicación 36, en el que dicha unidad descodificadora de forma de onda se proporciona como un programa de cliente para la instalación en un sistema operativo de un dispositivo informático.
49. El sistema de detección de posición de la reivindicación 36, en el que dicha unidad descodificadora de forma de onda está integrada con dicha disposición de detectores (20).
50. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho elemento posicional (14) comprende además un sensor de presión para proporcionar datos de la presión que se ejerce sobre dicho elemento posicional (14).
51. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho elemento posicional (14) comprende además detección de la actitud para proporcionar datos de una actitud en la que se mantiene dicho elemento posicional (14).
52. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho elemento posicional (14) comprende además:
un sensor de presión destinado a proporcionar datos de la presión que se ejerce sobre dicho elemento posicional (14), y
detección de actitud para proporcionar datos de una actitud en la que se mantiene dicho elemento posicional (14).
53. El sistema de detección de posición de la reivindicación 52, en el que dicha detección de actitud comprende dos transmisores de forma de onda colocados con una separación predeterminada sobre dicho elemento posicional (14), cada uno para una detección separada de la posición.
54. El sistema de detección de posición de la reivindicación 52, siendo apto para el uso de extraer de un usuario de dicho elemento posicional (14) un triplete de vectores de movimiento, presión y actitud.
55. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, comprendiendo además funcionalidad de firma electrónica proporcionada en dicho elemento posicional (14).
56. El sistema de detección de posición de la reivindicación 55, comprendiendo además funcionalidad de firma biométrica proporcionada en dicho elemento posicional (14).
57. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho elemento posicional (14) comprende además un receptor para recibir datos de control.
58. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, siendo además capaz de operar para retransmitir datos de dicha posición a otros elementos.
59. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho conjunto de detectores está asociado a un dispositivo de telefonía celular, para proporcionar en consecuencia capacidad de entrada de escritura para dicho dispositivo de telefonía.
60. El sistema de detección de posición de la reivindicación 59, comprendiendo además una aplicación para usar dicha entrada de escritura como entrada de marcación para dicho dispositivo de telefonía.
61. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, que comprende además:
una aplicación de cálculo de ubicación, y
una aplicación de conversión de escritura manual en texto,
para proporcionar una interfaz de escritura manual a digital.
62. El sistema de detección de posición de la reivindicación 61, que comprende además al menos una entre una aplicación de conversión de texto en voz y una aplicación de traducción de idiomas, para proporcionar en consecuencia lectura o traducción a partir de dicha entrada de escritura manual.
63. El sistema de detección de posición de la reivindicación 54, comprendiendo además:
funcionalidad de firma electrónica proporcionada en dicho elemento posicional (14), y
funcionalidad de verificación para verificar tripletes extraídos de firmas de usuario, siendo capaz el sistema de operar para habilitar dicha funcionalidad de firma electrónica con verificación mediante dicha funcionalidad de verificación de una firma de usuario.
64. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho elemento posicional (14) es un localizador personal destinado a la sujeción a una persona.
65. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que dicho elemento posicional (14) es un localizador de artículos destinado a la indicación de la ubicación de un artículo dentro de un espacio.
66. El sistema de detección de posición de la reivindicación 64, en el que se proporciona además una aplicación para calcular dicha ubicación y emitir señales de control en respuesta a dicha ubicación.
67. El sistema de detección de posición de la reivindicación 65, en el que se proporciona además una aplicación para calcular dicha ubicación y emitir señales de control en respuesta a dicha ubicación.
68. El sistema de detección de posición de la reivindicación 66, en el que dichas señales de control son al menos una entre señales para dirigir el foco de un sistema estereofónico, señales para dirigir una cámara, señales para dirigir una comunicación entrante y señales para dirigir un robot.
69. El sistema de detección de posición de la reivindicación 67, en el que dichas señales de control son señales para dirigir una cámara, señales para dirigir un robot, señales para dirigir maquinaria, señales para dirigir una secuencia predeterminada, señales para dirigir una secuencia de montaje y señales para dirigir una secuencia de reparación.
70. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, que comprende una pluralidad de unidades, comprendiendo cada unidad uno de dichos elementos posicionales (14) y uno de dichos conjuntos de detectores, en el que cada unidad es apta para operar con el fin de ubicar todas las unidades adyacentes, para proporcionar en consecuencia encadenamiento de dichas unidades.
71. El sistema de detección de posición de la reivindicación 70, en el que cada unidad comprende un identificador único.
72. El sistema de detección de posición de la reivindicación 64, en el que dicho elemento posicional (14) forma parte de un accesorio para juegos de realidad virtual.
73. Un procedimiento de detección de posición para su uso en asociación con un dispositivo informático que tiene una entrada analógica, comprendiendo el procedimiento:
usar un elemento posicional (14) para alcanzar una posición,
emitir una forma de onda ultrasónica continua que comprende una onda portadora y una modulación integrada sobre dicha onda portadora, siendo descodificable dicha modulación para fijar dicha posición, y
detectar dicha forma de onda de manera que se permita la fijación de dicha posición y enviar en salida dicha forma de onda con carácter retentivo de dicha aptitud para la fijación de posición, para proporcionar en consecuencia una indicación de dicha posición a dicho dispositivo informático.
74. El procedimiento de detección de posición de la reivindicación 73, en el que dicho envío en salida comprende enviar en salida dicha forma de onda como una señal analógica.
75. El procedimiento de detección de posición de la reivindicación 74, comprendiendo además descodificación de dicha forma de onda en dicho dispositivo informático para extraer datos de dicha posición.
76. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, comprendiendo además un descodificador de señales (70) destinado a recibir dicha forma de onda desde dicha disposición y descodificar dicha posición alcanzada a partir de dicha forma de onda.
77. El sistema de detección de posición de la reivindicación 76, en el que dicha disposición de detectores (20) y dicho descodificador de señales (70) están conectados a través de un enlace analógico.
78. El sistema de detección de posición de la reivindicación 76, en el que dicho elemento posicional (14) es capaz de operar para emitir dicha forma de onda descodificable para fijar dicha posición, de tal modo que dicha forma de onda sea descodificable a una baja tasa de muestreo.
79. El sistema de detección de posición de la reivindicación 76, en el que dicha forma de onda es una forma de onda sustancialmente continua.
80. El sistema de detección de posición de la reivindicación 76, en el que dicha disposición de detección comprende una pluralidad de detectores de señal dispuestos cada uno por separado en diferentes ubicaciones para detectar dicha forma de onda, a fin de proporcionar en consecuencia dicha fijación de posición como información diferencial entre dichas señales detectadas.
81. El sistema de detección de posición de la reivindicación 80, en el que dicho descodificador de señales (70) comprende al menos una señal de referencia construida usando un modelo de dicho sistema y un detector de verosimilitud máxima destinado a determinar una posición más probable sobre la base de dicha señal de referencia.
82. El sistema de detección de posición de la reivindicación 81, en el que dicho descodificador comprende además un correlacionador (74) para usar una función de correlación a fin de confirmar dicha posición más probable.
83. El sistema de detección de posición de la reivindicación 76, en el que dicho elemento posicional (14) es apto para operar emitiendo una combinación de señales que tienen diferentes velocidades para permitir que un receptor calcule una distancia hasta el mismo a partir de un retraso temporal entre ellas.
84. El sistema de detección de posición de la reivindicación 83, en el que dicha combinación comprende una señal a la velocidad de la luz y una señal a la velocidad del sonido.
85. El sistema de detección de posición de la reivindicación 84, en el que la señal a la velocidad de la luz es una señal infrarroja.
86. El sistema de detección de posición de la reivindicación 84, en el que la señal a la velocidad del sonido es una señal ultrasónica.
87. El sistema de detección de posición de la reivindicación 76, en el que dicho carácter retentivo de dicha aptitud para fijar la posición comprende retener dicha aptitud a lo largo de un bajo muestreo de frecuencia.
88. El sistema de detección de posición de la reivindicación 87, en el que dicho bajo muestreo de frecuencia comprende una tasa compatible con el muestreo a la frecuencia de Nyquist de señales sonoras.
89. El sistema de detección de posición de la reivindicación 88, en el que dicha tasa está por debajo de 50 KHz.
90. El sistema de detección de posición de la reivindicación 88, en el que dicha tasa es sustancialmente 44 KHz.
91. El sistema de detección de posición de la reivindicación 88, en el que dicha tasa es sustancialmente 6 KHz.
92. El sistema de detección de posición de la reivindicación 76, en el que dicho elemento posicional (14) comprende además un sensor de presión para proporcionar datos de la presión que se ejerce sobre dicho elemento posicional (14).
93. El sistema de detección de posición de la reivindicación 76, en el que dicho elemento posicional (14) comprende además detección de la actitud para proporcionar datos de una actitud en la que se mantiene dicho elemento posicional (14).
94. El sistema de detección de posición de la reivindicación 76, en el que dicho elemento posicional (14) comprende además:
un sensor de presión para proporcionar datos de la presión que se ejerce sobre dicho elemento posicional (14), y
detección de actitud para proporcionar datos de una actitud en la que se mantiene el elemento posicional (14).
95. El sistema de detección de posición de la reivindicación 94, que se puede usar para extraer de un usuario de dicho elemento posicional (14) un triplete de vectores de movimiento, presión y actitud.
96. El sistema de detección de posición de la reivindicación 76, que comprende además funcionalidad de firma electrónica proporcionada en dicho elemento posicional (14).
97. El sistema de detección de posición de la reivindicación 95, comprendiendo además
funcionalidad de firma electrónica proporcionada en dicho elemento posicional (14), y
funcionalidad de verificación para verificar tripletes extraídos de firmas de usuario, siendo capaz el sistema de operar para habilitar dicha funcionalidad de firma electrónica con verificación mediante dicha funcionalidad de verificación de una firma de usuario.
98. El sistema de detección de posición de la reivindicación 1, en el que en dicho elemento posicional (14) que comprende además un segundo emisor para emitir una forma de onda continua adicional modulada para ser descodificable con el fin de fijar dicha posición, dicho segundo emisor está situado con una separación predeterminada de dicho primer emisor, y
dicha disposición de detectores (20) se usa para permitir la determinación de una actitud de dicho elemento posicional (14).
99. El sistema de detección de posición de la reivindicación 98, en el que dicho elemento posicional (14) comprende además un sensor de presión para proporcionar datos de la presión que se ejerce sobre dicho elemento posicional (14).
100. El sistema de detección de posición de la reivindicación 98, en el que dicha forma de onda continua adicional es una entre una forma de onda IR, una forma de onda de RF y una forma de onda acústica.
101. El sistema de detección de posición de la reivindicación 98, en el que dicho envío en salida es de manera conveniente para el suministro a una entrada analógica de un dispositivo informático.
102. El sistema de detección de posición de la reivindicación 98, en el que dicha disposición de detectores (20) es una disposición de bucles ortogonales.
ES03715318T 2002-04-15 2003-04-14 Metodo y sistema para obtener datos de posicion. Expired - Lifetime ES2272965T3 (es)

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