ES2305560T3 - Sistema de medicion y estabilizacion para vehiculos controlados mecanicamente. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la medición del movimiento y/o de la posición de un vehículo controlado mecánicamente (1) o dotado de un dispositivo de autopropulsión en, como mínimo, uno de sus seis grados de libertad en el espacio, utilizando un dispositivo de detección óptica, comprendiendo dicho dispositivo una óptica de proyección (2) dispuesta en el vehículo (1) mediante la que se puede proyectar una imagen del entorno (4) por sectores sobre un plano focal, así como un sensor de desplazamiento opto-electrónico (3), estando la óptica de proyección (2) diseñada y dispuesta de tal manera que pueden proyectar estructuras alejadas al infinito sobre el sensor de desplazamiento (3), caracterizado porque - el sensor de desplazamiento opto-electrónico (3) comprende, como mínimo, un chip destinado para su uso en ratones ópticos o que presenta la misma estructura que éstos, - presentando el chip, por un lado, una superficie de exploración dotada de múltiples celdas fotosensibles y, por otro lado, una electrónica de evaluación digital que lee las señales de las celdas fotosensibles con una frecuencia de lectura, evalúa estas señales para reconocer desplazamientos de imagen de las estructuras proyectadas y está realizada para emitir una señal de medición para un desplazamiento de imagen.
Description
Sistema de medición y estabilización para
vehículos controlados mecánicamente.
La invención se refiere a un dispositivo y un
procedimiento para medir magnitudes de movimiento tales como la
velocidad y/o la posición de un vehículo controlado mecánicamente,
incluyendo el término "vehículo" también cuerpos volantes en,
como mínimo, uno de sus seis grados de libertad y utilizando un
dispositivo de detección óptica; además, se refiere, en especial, a
una utilización como sistema de estabilización para controlar
cuerpos volantes con o sin tripulación. Esta estabilización tiene
como fin simplificar substancialmente el control o también
encargarse completamente del mismo.
Esta estabilización es importante,
especialmente, para helicópteros teledirigidos, dado que es difícil
controlarlos y sólo pilotos experimentados lo pueden hacer. En el
caso del helicóptero, la estabilización puede contener, en
especial, una componente horizontal del movimiento de vuelo o ambas
componentes horizontales. Otro posible campo de aplicación de la
invención es la simplificación del control de aviones tripulados, en
especial, cuando están cerca del suelo y durante el proceso de
aterrizaje. De otras realizaciones resultan otras aplicaciones
tales como la medición de distancias, el seguimiento de objetos, la
exploración del suelo que presenta un relieve de altura, la
coordinación de los movimientos de vuelo de varios cuerpos volantes
entre sí.
Los helicópteros teledirigidos convencionales
como los que son utilizados por los aficionados al aeromodelismo y
para la fotografía aérea sólo contienen un codificador rotatorio
piezoeléctrico a efectos de garantizar la estabilidad alrededor del
eje vertical sobre el rotor de cola, pero no los demás ejes.
Tanto en la patente
DE-A-69502379 como también en la
JP-A-10328427 se describe un
dispositivo de control para helicópteros, estando dispuestos
instrumentos para la aceleración de la gravedad y la velocidad de
giro, con los que se representa un horizonte artificial y se regula
la inclinación de las palas del rotor.
De acuerdo con la patente
US-A-5.738.300 se mide y se regula,
adicionalmente la velocidad de crucero con respecto al aire (Air
Speed). Un control sobre suelo y, en especial, un vuelo estacionario
no son posibles en todos estos casos.
En las patentes
RU-A-9300250 y
DE-A-69507168 se describen sistemas
de estabilización, en los que se mide y se evalúa la dirección de
la incidencia de la luz mediante varios sensores de luz, a efectos
de obtener una información sobre la inclinación y regular la misma,
pudiéndose detectar también el acercamiento a objetos. Ambos
sistemas mencionados sólo pueden funcionar correctamente con una
iluminación homogénea y un horizonte muy plano.
Por la patente
EP-A-0 780 807 se describe un
autopiloto, que utiliza instrumentos convencionales como giroscopios
y estabiliza la posición de vuelo así como las velocidades
horizontales de modo relativo. Sin embargo, no son posibles una
medición absoluta o un control de las posiciones absolutas con
respecto al suelo.
A efectos de controlar, por ejemplo, la
trayectoria de un helicóptero, por ejemplo, para que se mantenga
suspendido en el mismo sitio, se ha de ajustar mediante un control
adecuado de las palas del rotor, primero, la inclinación (ángulo de
balanceo y ángulo de cabeceo) y, segundo, la velocidad resultante de
ello. A tal efecto, se han de conocer tanto la inclinación como
también la velocidad horizontal y, en concreto, preferentemente con
respecto al suelo. Para el vuelo individual no es suficiente que se
contrarreste constantemente una posición inclinada, ya que incluso
en esta situación el helicóptero no puede disminuir por sí mismo una
velocidad existente, sino que hay que mantenerlo quieto en el aire
mediante una contra-inclinación dosificada.
En este contexto, el objetivo de la invención
consiste en poder medir movimientos horizontales con respecto al
suelo, a efectos de poder estabilizarlos.
Por la patente DE 69426738 T2 se describe un
sistema de navegación con un sensor de imagen, que está fijado en
una mesa con suspensión cardán y cuyos datos son evaluados en cuanto
al desplazamiento e integrados para determinar la posición.
Por la patente DE 69310695 T2 se describe una
evaluación de una imagen que se ha obtenido de una posición de
vuelo, mediante una o varias cámaras. A tal efecto, se analizan
constantemente determinados puntos característicos de la imagen en
cuanto a desplazamiento óptico, a partir de ello se reconoce un
centro de este movimiento (punto de fuga) y se evalúan las
diferentes velocidades de desplazamiento, ponderadas en relación con
su distancia con respecto al punto de fuga, a partir de lo cual se
calculan las distancias con los respectivos puntos del suelo para
fines de navegación.
En la patente DE 69012278 T2 se comparan
imágenes registradas actualmente con un mapa de imágenes almacenadas
anteriormente a efectos de reconocimiento, también para fines de
navegación.
Por la patente
FR-A-2 431 705 se conoce un sistema
de medición de velocidad para aviones que utiliza dos objetivos,
que proyectan dos segmentos de imagen del suelo, concretamente, un
segmento delantero y un segmento trasero visto en la dirección de
vuelo sobre dos dispositivos fotodetectores, produciendo de esta
manera una señal de vídeo. Ambas señales de vídeo se sincronizan
entre sí y se comparan mutuamente en cuanto al desfase entre dos
operaciones mediante un circuito de medición con retardo y un
procedimiento de autocorrelación y, a partir de ello, se deduce la
velocidad.
Los primeros tres de los cuatro procedimientos
que se han indicado anteriormente requieren un proceso de imagen
costoso y, como mínimo, una cámara. La velocidad de medición está
limitada por la frecuencia de cuadro predeterminada por la cámara.
En una videocámara esto resulta desventajoso para un rápido ajuste
de posición, en especial, si se trata de helicópteros pequeños.
Para cuerpos volantes teledirigidos que son ligeros, estos
procedimientos resultan desventajosos por motivos de peso, de
costes y de la frecuencia de exploración limitada.
Por la patente DE 32 29 343 A1 se conoce un
sistema de medición en el que se recopilan señales de imagen
mediante una estructura de rejilla y estas señales son evaluadas a
efectos de detectar movimientos relativos con respecto a una
superficie de referencia. Por la patente DE 44 44 223 A1 se conoce
una disposición de medición en la que los elementos de sensor y el
circuito de evaluación están dispuestos conjuntamente sobre un
chip.
La medición de posiciones mediante navegación
por satélite (GPS) tiene el inconveniente de que los pequeños
movimientos como los que son importantes en la cercanía del suelo no
se detectan con suficiente precisión. Además, su empleo en modelos
de juguete no resulta oportuno por motivos de peso y también por
motivos de coste.
El objetivo de la invención es mejorar un
sistema de medición del tipo indicado de tal manera que trabaje sin
los inconvenientes mencionados, que tenga una alta velocidad de
medición, que detecte los movimientos con precisión y que, por lo
tanto, sea adecuado también como un instrumento de medición para la
estabilización y, en especial, para entregar valores reales en
relación con una estabilización de cuerpos volantes teledirigidos
desde el suelo. Este problema se resuelve mediante las
reivindicaciones independientes de la presente invención.
Como sensor de desplazamiento se puede utilizar
un sensor óptico con un número reducido de elementos fotosensibles
comparado con los de un dispositivo de captación de imágenes y con
una electrónica de evaluación integrada en el mismo chip, tales
como se conocen en ocasiones también como sensor de movimiento y
suelen utilizarse en ratones ópticos. Estos últimos se denominan en
adelante sensores de ratón óptico.
Un sensor de desplazamiento de este tipo
comprende, dispuesta sobre un substrato, una superficie de
exploración que está compuesta de múltiples celdas fotosensibles
(píxeles) cuyas señales son leídas regularmente, pudiendo la
frecuencia de lectura ser substancialmente superior a la frecuencia
de cambio de imagen determinada en las cámaras de vídeo, y
contiene, además, dispuesta sobre el mismo substrato, una unidad de
evaluación, en la que las señales de los píxeles son evaluadas
electrónicamente respecto al desplazamiento. El desplazamiento se
puede detectar habitualmente en dos coordenadas ortogonales de forma
incremental y se indica en valores de medición separados (delta x,
delta y). El desplazamiento puede ser descompuesto en pequeñas
etapas que pueden corresponder, por ejemplo, a la distancia entre
píxeles. La detección del sensor puede contener tanto la dirección
como también la dimensión del desplazamiento óptico
(traslación).
A efectos de poder reconocer un desplazamiento,
incluso cuando las estructuras de imagen de la base del ratón están
distribuidas de forma aleatoria e irregular, como ocurre, por
ejemplo, debido a las fibras microscópicas del papel, los sensores
de ratones ópticos convencionales contienen casi siempre 16x16,
18x18 o un número similar de píxeles en técnica CCD (charge coupled
device). La detección de la magnitud de desplazamiento se puede
realizar, leyendo constantemente y repetidas veces los datos de
estos píxeles, poniéndolos en correlación con los datos obtenidos
en un momento anterior de la misma secuencia y comparándolos entre
sí según las coordenadas. La comparación puede realizarse con los
últimos datos que se han leído o con datos procedentes de un ciclo
anterior de la misma secuencia. Los datos pueden correlacionarse
entre sí en el tiempo. El proceso de evaluación puede realizarse de
forma digital, controlado por programa. Puede utilizar un algoritmo
de similitud. A tal efecto, las señales de luminosidad de los
píxeles individuales pueden ser divididas primero en unos pocos
grados de luminosidad discretos, lo cual reduce la cantidad de
información a evaluar. Puede incluir una adaptación a la
luminosidad de imagen media, variando el tiempo de exposición y/o
realizando la evaluación de los píxeles en relación con, como
mínimo, un valor de comparación común adaptado a la luminosidad
media. Mediante procedimientos de este tipo se puede conseguir que
el proceso de evaluación se lleve a cabo correctamente, incluso
cuando los fondos o el entorno presentan diferentes
luminosidades.
Incluso cuando inicialmente estaban destinados
para su utilización en ratones ópticos o para la navegación en
pantallas de ordenador, los sensores de desplazamiento pueden ser
utilizados, de acuerdo con la invención, de forma ventajosa como
sensores, combinándolos con la óptica descrita que representa
objetos alejados. De esta manera, resulta posible su utilización
para la exploración de objetos alejados en el espacio libre.
En la mayoría de los casos, la iluminación de
los objetos puede realizarse exclusivamente por la luz
ambiental.
Otras ventajas de sensores, en los que un grupo
fotosensible y una electrónica de evaluación se hallan en el mismo
chip, son los reducidos costes y el reducido peso, así como su alta
velocidad de evaluación.
Como ventaja de un número relativamente pequeño
de píxeles se ha de destacar la alta frecuencia de exploración en
comparación con sistemas que requieren una cámara de televisión o de
vídeo. A efectos de regular la posición de cuerpos volantes con
suficiente rapidez, la frecuencia de exploración es tanto más
importante cuánto más pequeño sea el aparato volante y, por lo
tanto, cuánto más rápidamente el mismo reaccione. Al prescindir de
la gran cantidad de datos de una señal de vídeo, se puede
aprovechar, en contrapartida, una velocidad de procesamiento tanto
más alta. El sensor de desplazamiento puede funcionar con una
frecuencia de reloj considerablemente inferior a la frecuencia de
reloj prevista según la ficha técnica. De esta manera son posibles
tiempos de exposición más largos y, por lo tanto, una mayor
sensibilidad a la luz. Al reducir la frecuencia de reloj a 75%
hasta 10% o incluso menos, se sigue obteniendo todavía una tasa de
datos substancialmente más rápida en comparación con las cámaras de
vídeo.
Al contrario de la utilización de un sensor de
desplazamiento en un ratón óptico, el dispositivo de la invención
ha de estar diseñado para la detección de objetos considerablemente
más grandes y más alejados. Sin embargo, podría estar dispuesta una
óptica adicional, además, de la óptica utilizada en un ratón óptico,
que estaría dimensionada de tal manera que, actuando conjuntamente
con la lente existente, daría la representación definida en la
reivindicación principal. Esto puede realizarse, por ejemplo,
mediante una lente cóncava adicional, por ejemplo, según el
principio de Barlow, o bien mediante la representación en un plano
de imagen intermedia.
Oportunamente, el dispositivo de reproducción
puede estar preparado para un foco ajustado a infinito, o mejor
todavía, a una distancia con la que, añadiendo la profundidad del
campo, se obtiene una zona de nitidez que va del infinito hasta la
más corta distancia posible hacia el objeto.
La distancia focal puede elegirse, a partir de
una resolución local determinada por el sensor en función de la
resolución angular necesaria. Al elegir la distancia focal se pueden
tener en cuenta, además, la profundidad de campo obtenida (zona de
nitidez en profundidad) y la zona de medición máxima con respecto a
las velocidades. Una distancia focal oportuna para su aplicación en
pequeños helicópteros teledirigidos se sitúa en el orden de entre
7-25 mm, preferentemente, aproximadamente
10-12 mm. De esta manera se consigue una resolución
angular suficiente, así como una zona de medición de velocidad
suficiente y, al mismo tiempo, una profundidad de campo adecuada de
entre aproximadamente 20 cm hasta el infinito. Por distancia focal
se entiende, en este caso, la propiedad de la lente y no su
distancia con respecto al plano de imagen.
La combinación, según la invención, de una
óptica de proyección con un sensor de desplazamiento para formar
una unidad de sensor tiene una zona de detección cónica, que se
extiende al espacio exterior del dispositivo y cuya amplitud
angular queda determinada por el tamaño del total de la superficie
fotosensible del sensor de desplazamiento y por la distancia focal
de la óptica de proyección. Al contrario de los sistemas con
dispositivos que dan imágenes como las videocámaras, en las
siguientes consideraciones se descuida casi siempre la amplitud del
ángulo de la zona de detección, teniendo en cuenta solamente el eje
óptico o eje principal de la proyección, denominado en adelante
"dirección de visión".
De acuerdo con la invención, las estructuras y
los contrastes del entorno, del suelo o de otros objetos
distanciados son proyectados ópticamente sobre el sensor de
desplazamiento. En general, las estructuras que un sensor descrito
necesita para poder detectar un desplazamiento pueden provenir de
todo tipo de contrastes que una parte del entorno o del terreno
presenta debido a las texturas superficiales, detalles, contornos o
características similares. Éstas se pueden formar, por ejemplo, por
los bordes de objetos individuales o también, de modo similar al de
la función de un ratón óptico, debido a rugosidades ópticas en su
superficie. Casi todas las estructuras visibles que se presentan
habitualmente en una imagen de terreno contienen suficientes
contrastes, estructuras y texturas de este tipo para que se pueda
detectar, incluso durante el vuelo, un desplazamiento de imagen en
el sensor de desplazamiento descrito. Constituyen excepción las
superficies de agua, niebla o una capa de nieve continua.
Fijando el dispositivo en el vehículo, por
ejemplo, un aparato volante, se pueden medir los movimientos de
éste, tal como se describe a continuación en los párrafos a) hasta
d), sin que ello sea limitativo.
Generalmente se pueden medir tanto el giro como
también la traslación del vehículo, dado que ambos tipos de
movimiento provocan un desplazamiento de la dirección de incidencia
óptica de la imagen virtual en la óptica de proyección. A través de
la proyección los ángulos de incidencia se transforman en un
desplazamiento de imagen sobre el sensor de desplazamiento y pueden
ser medidos de esta manera. La distancia focal de la óptica de
proyección constituye en este caso el factor de
proporcionalidad.
En función de la disposición y la realización de
la presente invención, se pueden detectar y medir diferentes
magnitudes de medición referentes a la posición y orientación del
vehículo, es decir, datos de trayectoria de los movimientos de
desplazamiento o vuelo:
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a) A efectos de medir los giros del vehículo
como, por ejemplo, el balanceo, el cabeceo y/o el guiñado, el
dispositivo de sensor se monta de tal manera que el rayo de visión
o, como mínimo, una componente vectorial del mismo, queda dispuesto
transversalmente con respecto al eje de giro; y en el sensor se mide
el desplazamiento de la imagen en la componente perpendicularmente
con respecto al eje de giro. A efectos de estabilizar los
movimientos de vuelo o evitar balanceos indeseados, se puede formar
además un bucle de control, utilizando el valor medido en una
comparación entre valor real y valor nominal para generar un valor
de ajuste, que se transmite al correspondiente órgano de control
para realizar la corrección. Una orientación adecuada para
estabilizar el cabeceo es inclinada hacia delante/abajo y/o hacia
atrás/abajo.
Debido a la exploración en dirección a un
objeto, además, se consigue un seguimiento. A tal efecto se
constituye, tal como se ha descrito, un bucle de control. El valor
de ajuste puede provocar un seguimiento mediante el control de la
orientación o, como consecuencia de la orientación también puede
provocar que se dirija el rumbo hacia el objetivo. En ambos casos,
la orientación del dispositivo de exploración óptico es alterada y
está sometida a un autoajuste. Esto puede ser utilizado para el
seguimiento de objetos, también cuando se trata de objetos que se
mueven solos. A tal efecto, el rayo de visión es orientado primero
hacia el objeto; esta orientación se mantiene mediante el
ajuste.
Otra aplicación es el seguimiento del
dispositivo óptico a través de servomotores propios. Esto se puede
utilizar para la estabilización de una cámara de vídeo o foto. En
este caso, se pueden estabilizar, de forma ventajosa, varios tipos
de movimientos molestos: Primero, los movimientos de tambaleo del
vehículo o aparato volante, segundo, la desaparición del segmento
de imagen debido al vuelo y, tercero, un eventual movimiento propio
del objetivo. Estabilizaciones giroscópicas convencionales sólo
pueden estabilizar las primeras alteraciones. Otra ventaja es la
reacción considerablemente más rápida de un sensor de desplazamiento
con respecto a la frecuencia de cuadro de la grabación de vídeo,
que ya se ha descrito anteriormente. Un dispositivo de este tipo
también puede estar dispuesto para su utilización general sin
limitarse a un vehículo. A tal efecto, una unidad de sensor, según
la invención, se encuentra dispuesta, juntamente con una cámara,
sobre una plataforma de cámara desplazable mediante servomotores,
siendo desplazada por la misma juntamente con la cámara.
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b) Para medir movimientos de traslación se
orienta la dirección de visión óptica, como mínimo, en una
componente vectorial transversalmente a la dirección del movimiento
a medir. La dimensión del desplazamiento de imagen detectado es
proporcional al recorrido del vehículo. Lo mismo se puede decir de
las velocidades correspondientes. Además, debido a la geometría de
haz, el desplazamiento de imagen es inversamente proporcional a la
distancia a lo largo de la dirección de visión y proporcional a la
distancia focal, así como proporcional al seno del ángulo entre la
dirección de movimiento y la dirección de visión.
Si se ha de medir solamente el movimiento de
traslación, las influencias de giro descritas en el párrafo a)
podrán molestar. La señal de medición óptica puede ser corregida por
estas influencias, siendo compensada una señal de giro que
representa el giro con la señal del sensor de desplazamiento. Una
señal de giro se puede obtener fácilmente, por ejemplo, mediante
otro instrumento de medición, por ejemplo, un giroscopio. En función
de la polaridad, la compensación puede ser una resta, una adición o
dicho de forma general una mezcla. Las señales pueden haber sido
tratadas anteriormente, por ejemplo, diferenciadas o integradas.
Debido a este proceso de compensación se puede prescindir de la
suspensión en cardán habitual según el citado estado de la técnica
de un dispositivo óptico de grabación (que suele ser una
videocámara).
Para medir movimientos horizontales de un
aparato volante, la dirección de visión puede estar orientada hacia
abajo con respecto al fuselaje. En este caso, durante una posición
de vuelo normal, la dirección de incidencia óptica medible de las
estructuras detectadas del terreno se desplaza junto con el
movimiento de vuelo horizontal. Mediante un bucle de control, tal
como se ha descrito arriba, aplicado a magnitudes de movimiento
horizontales, se pueden estabilizar, por consiguiente, también
movimientos horizontales, por ejemplo, la velocidad o la posición
sobre suelo. En un helicóptero esto puede servir para la
estabilización horizontal del vuelo estacionario a través del
control del ajuste cíclico de las palas del rotor.
El valor de medición horizontal es, como ya se
ha mencionado, inversamente proporcional a la distancia visual.
Para obtener un valor de medición independiente puede estar
dispuesto un instrumento que mide la distancia y - por lo menos en
una zona parcial del ámbito de distancia posible - la señal óptica
de medición de la velocidad, opcionalmente corregida por las
influencias de la inclinación, se puede multiplicar por un factor
que aumenta constantemente a medida que aumenta la distancia
medida. Para medir la distancia resulta adecuado un radar de
microondas o ultrasónico como se conocen de las ayudas para aparcar
o de las cámaras autofocus, o un sensor de distancia óptico, según
el principio del explorador de punto luminoso tal como se describe,
por ejemplo, en la patente DE 40 04 530 A. Pero también se puede
prescindir de esta compensación en altura o se puede realizar sólo
en una porción reducida, por ejemplo, cuando el valor de medición
sólo es utilizado para una regulación de la estabilización. En un
helicóptero una estabilización de la posición en vuelo estacionario
se puede conseguir a través de un bucle de control PID sin
compensación de altura, que trabaje en función del ajuste de las
amplificaciones de regulación en todas las distancias con respecto
al suelo de forma muy limpia en una relación de hasta 1:10 y
todavía correctamente en un orden de 1:30.
Al quedar eliminada esta compensación, resulta
como ventaja que la medición es más sensible y, por lo tanto, la
regulación tiene un efecto tanto más "duro" cuanto menor es la
altura de vuelo. Con un valor teórico predeterminado para la
velocidad (no compensada), la velocidad real se reduce
automáticamente en proximidad del suelo. Con este comportamiento
resulta, además, el efecto de que en el momento de la reducción de
velocidad se produce un movimiento ascendente momentáneo debido a
la transformación de energía cinética (excepto cuando el viento de
cola es más rápido que la velocidad sobre suelo). En un vuelo
horizontal a través de elevaciones del terreno se previene, de esta
manera, una colisión por ascensos repentinos. Este comportamiento se
puede conseguir también cuando hay una compensación de altura, más
concretamente porque se retrasa en el tiempo la señal compensadora
de la altura.
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c) Cuando se conoce aproximadamente la
velocidad, también se puede medir una distancia, por ejemplo, con
respecto al suelo o a un objeto. A tal efecto, se utiliza la señal
de medición óptica como valor recíproco para la distancia. Una
velocidad conocida, por ejemplo, puede ser dividida entre el valor
de medición óptico de la velocidad. Al utilizar este valor de
medición en un bucle de control se puede prescindir de la división,
siempre y cuando el valor nominal ya esté definido como valor
inverso.
Una aplicación es el control de la distancia con
respecto al suelo en aviones con alas. Dado que en este caso se
conoce aproximadamente la velocidad de vuelo horizontal y la misma
casi siempre es más o menos constante, se obtiene una medida para
la altura de vuelo momentánea sobre suelo, también cuando se pasa
volando por elevaciones del terreno. De esta manera se hace posible
un reconocimiento temprano del acercamiento y se evitan colisiones
con respecto a objetos visibles. La altura de vuelo puede ser
limitada o regulada a una distancia mínima del suelo. A tal efecto,
la dirección de visión puede estar ventajosamente orientada
oblicuamente hacia delante/abajo, para obtener un proceso temporal.
En lugar de la distancia con respecto al suelo también se puede
medir la distancia a un objeto dispuesto en el mismo que forma, por
ejemplo, una elevación.
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d) De forma general, se pueden medir movimientos
en múltiples coordenadas diferentes y se pueden poner en relación
entre sí. De esta forma valores de medición mixtos también pueden
ser separados entre si, tal como se explica más adelante en los
ejemplos de realización descritos y en las figuras 2 hasta 4.
Además, una medición de distancias y variaciones de las distancias
también es posible a lo largo de una dirección de visión combinada.
De esta forma, se puede medir una tasa de ascenso o de descenso o
reconocer una aproximación.
Las diferentes magnitudes de medición se
denominan aquí de forma general "magnitudes de movimiento".
Esto se puede decir tanto de las magnitudes locales como también de
las magnitudes angulares. Las magnitudes de movimiento pueden ser
de tipo estático como, por ejemplo, la posición, la distancia o la
situación y/o de tipo dinámico como, por ejemplo, la velocidad y la
aceleración. De forma correspondiente, los términos "movimiento,
giro, inclinación, translación" etc. se utilizan aquí siempre de
forma general, es decir, tanto para valores de posición como
también para las correspondientes velocidades de modificación.
Las magnitudes de movimiento se pueden medir en
relación con el suelo, así como en relación con objetos relacionados
con el suelo, objetos movidos o también otros objetos volantes.
La señal de salida del sensor óptico, denominado
en adelante brevemente "señal de sensor" puede ser evaluado y
procesado, según la invención, de diferentes maneras que se
describirán a continuación. Sensores de ratón óptico poseen a
menudo para cada una de las dos coordenadas una salida de
cuadratura, que proporciona en 2 líneas una señal incremental,
avisando de cada desplazamiento con un salto o un número de saltos
de nivel a nivel en la dirección correspondiente. De la misma
manera, se puede utilizar una interfaz serial o cualquier otra
forma de transmisión de señal para la emisión de los datos. A
menudo, en cada proceso de salida de lectura se emite el número de
saltos de modificación realizados desde la anterior salida de
lectura.
Mediante la evaluación correspondiente se pueden
obtener informaciones, a título de ejemplo y sin que ello sea
limitativo, sobre a) dirección y velocidad o velocidad angular del
movimiento, es decir, datos de modificación, b) la amplitud del
movimiento, es decir, valores de posición o de ángulo y c) valores
de aceleración.
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a) Las tasas de modificación se pueden
representar mediante una diferenciación en el tiempo. Ello
corresponde a una medición de frecuencia de los saltos de
desplazamiento incrementales. En un sensor que emite el
desplazamiento en pequeños saltos incrementales se mide, a tal
efecto, la frecuencia de estos saltos, por ejemplo, la frecuencia
de las señales de cuadratura emitidas.
Resulta ventajoso que el valor de medición de
velocidad se represente de forma continua o, como mínimo, casi
continua. Para obtener un valor de medición de velocidad adecuado,
se puede utilizar, en intervalos de tiempo sucesivos que
oportunamente pueden elegirse pequeños, la suma respectiva de los
saltos de salida con signo que se han producido en cada intervalo,
por ejemplo, contando hacia delante y atrás o mediante la lectura
de la modificación que se ha realizado desde la última salida y, a
continuación, se divide la suma obtenida entre la longitud del
intervalo de tiempo respectivo. Si los períodos tienen
constantemente la misma longitud, se podrá omitir la división.
Alternativamente, con cada salto de modificación de la señal se
puede detectar el lapso de tiempo que ha trascurrido desde el salto
de modificación anterior, formar el valor inverso del mismo y
dotarlo con el signo correspondiente a la dirección de
modificación.
Adicionalmente, el valor de frecuencia detectado
de esta manera puede actualizarse matemáticamente incluso antes de
que llegue la próxima modificación. A tal efecto, una vez
transcurrido una duración de período correspondiente a la
frecuencia, se rebaja el valor de frecuencia continuamente o por
etapas a un valor que corresponde al valor inverso del tiempo de
espera que ha transcurrido actualmente, siempre que el valor
recíproco sea inferior al último valor de frecuencia.
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b) Los valores de posición se pueden representar
contando hacia delante o atrás o sumando los saltos de incremento
de la señal de sensor, por ejemplo, contando los saltos en la
dirección correspondiente o sumando los incrementos de forma
integradora, comparable con la función habitual de un ratón de
ordenador sobre una pantalla.
Alternativamente o en combinación con lo
expuesto, se puede representar la posición mediante una integración
continua de un valor de medición de la frecuencia que se puede
obtener tal y como se ha descrito anteriormente. Esto hace posible
anticipar la compensación anteriormente descrita de las influencias
de otros movimientos sobre la medición incluso antes de la
integración, y obtener los resultados integrados ya compensados.
En función de la realización, resultan también
diferentes posibilidades de medición de posición. Cuando la
dirección de visión está orientada hacia abajo se obtiene una medida
para la posición de vuelo con respecto al suelo.
Utilizando un valor de medición resultante de un
dispositivo, según la invención, se puede formar un bucle de
control, siendo este valor de medición utilizado en un regulador 7
para generar un valor de ajuste que regula el movimiento. A tal
efecto, se pueden utilizar los procedimientos conocidos como PID.
Los valores reales pueden ser cualquier valor de medición generado
de acuerdo con la invención, es decir, tanto magnitudes de
velocidad, como también de posición o, proporcionalmente, una mezcla
de ellas. Adicionalmente, se pueden generar y utilizar también
valores integrales y diferenciales sencillos o múltiples. Mediante
una nueva diferenciación del valor de medición de frecuencia se
puede obtener, por ejemplo, una medida para la aceleración.
Adicionalmente, un control PID también puede
utilizar las partes proporcionales, diferenciales y/o integrales de
las señales de otros instrumentos de abordo, por ejemplo, un
giroscopio piezoeléctrico.
Señales de control manuales pueden ser
superpuestas a la señal de salida del regulador (valor de ajuste),
de manera que el control manual es completado o estabilizado, como
también pueden ser integradas en la regulación como valor teórico,
por ejemplo, añadiéndolas en el lado de entrada, de manera que se
produce una comparación entre valor teórico y valor real,
resultando el valor teórico de la señal de control manual. Una
descripción detallada de un ajuste seguirá en la explicación del
primer ejemplo de realización y de la figura 5.
En cuerpos volantes teledirigidos las piezas
necesarias para el ajuste pueden hallarse abordo o bien en el suelo
estando unidas a través de un contacto radiofónico.
Según un ejemplo que no forma parte del objeto
de la presente invención, en lugar de un sensor de ratón óptico
también se pueden utilizar otros dispositivos optoelectrónicos como
sensor de desplazamiento. El sensor de desplazamiento puede
contener, como mínimo, dos receptores de luz fotoeléctricos
dispuestos uno al lado de otro, cuya distancia entre sí corresponde
o es más o menos similar a un orden de magnitud que corresponde a
la longitud de un cuarto de onda de frecuencias locales que se
presentan frecuentemente en la representación de las estructuras
del suelo. Debido al desplazamiento de las estructuras ópticas se
generan señales alternas desfasadas en los receptores de luz. Estas
señales alternas son conducidas a un circuito que evalúa las
diferencias de tiempo y/o de fase. Un circuito de este tipo puede
ser un circuito de comparación de tiempo como el que se utiliza en
barreras de luz que detectan la dirección, o bien un circuito de
comparación de fases. Un circuito de este tipo reconoce por la
posición de fase, cual de ambas señales va por delante o por detrás
de la otra y, por consiguiente, la dirección de desplazamiento y,
hasta cierto grado de precisión, también la velocidad. El circuito
también puede corresponder a una evaluación incremental de acuerdo
con el principio de cuadratura y puede presentar
correspondientemente una estructura análoga o digital. La precisión
de medición de un dispositivo de este tipo es, sin embargo, casi
siempre inferior a la de un sensor de desplazamiento dotado de un
"array" y una electrónica de evaluación integrada, dado que el
sector de las estructuras del suelo detectado simultáneamente es
más pequeño.
La proyección óptica puede ser reforzada
opcionalmente por un amplificador de luz residual o tratada por otro
dispositivo óptico intercalado, antes de que llegue al sensor de
desplazamiento.
Todos los procesos de procesamiento de señal y
de cálculo descritos pueden realizarse de forma digital, por
ejemplo, en un microprocesador controlado por programa, o bien en un
circuito analógico. Varios de los procedimientos parciales
descritos en esta memoria o señalados en las reivindicaciones pueden
ser reunidos en un proceso común y/o realizados en un procesador
común.
Los procedimientos descritos también pueden
realizarse mediante luz infrarroja. Correspondientemente, los
términos "proyección", "proyección visual" y "proyección
luminosa" contienen siempre todos los tipos de radiación
óptica.
Para su utilización a oscuras se puede combinar
el dispositivo correspondiente con una fuente de luz. Esta tendrá
preferentemente una radiación dirigida que está orientada hacia el
lugar a explorar.
A continuación se explicará más detalladamente
la función por medio de ejemplos de realización. Se muestran:
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En la figura 1, un primer ejemplo de realización
para la estabilización de un helicóptero,
En la figura 2, un segundo ejemplo de
realización para medir y estabilizar un giro alrededor del eje
vertical,
En la figura 3, un tercer ejemplo de realización
para medir la velocidad vertical o la distancia hacia un
objeto,
En la figura 4, un cuarto ejemplo de realización
para la medición combinada de varios grados de libertad, y
En la figura 5, un esquema sinóptico de un
dispositivo de control del primer ejemplo de realización.
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En la figura 1 se muestra un primer ejemplo de
realización para medir y estabilizar los movimientos horizontales
de un helicóptero (1). La lente (2) hace de objetivo y proyecta un
segmento visible del suelo (4) sobre el sensor de desplazamiento
óptico (3) dotado de una unidad de evaluación integrada. Durante un
movimiento de avance el punto (44) del suelo se desplaza
ópticamente a la posición (44') y, de forma correspondiente, se
desplaza su proyección sobre el sensor (3). El sensor (3) emite los
valores de medición incrementales del desplazamiento en dos
coordenadas (x,y). Si la dirección de visión está orientada más o
menos hacia abajo, tal como se muestra en el dibujo, se obtendrá
informaciones sobre la velocidad de vuelo sobre suelo en ambas
componentes, en dirección de avance y transversal.
Estos valores de medición pueden ser utilizados
para estabilizar el rumbo del vuelo o un vuelo estacionario. A tal
efecto, la electrónica de control (7) está unida en el lado de
entrada con las señales de medición ópticas y emite en el lado de
salida los valores de ajuste para controlar el aparato volante,
comprendiendo la misma, como mínimo, partes del mando total - en
este caso, el ajuste cíclico de las palas del rotor (8), por
ejemplo, mediante un disco oscilante que controla la inclinación
del plano del rotor principal y tiene, por lo tanto, una influencia
sobre la aceleración horizontal del helicóptero. Un ejemplo para la
función de un dispositivo de control (7) se muestra más adelante
así como en la descripción de la figura 5 con más detalle.
Sin embargo, el valor de medición no depende
solamente del movimiento horizontal, sino también de los movimientos
de giro que el aparato volante puede realizar al mismo tiempo, por
ejemplo, el balanceo y el cabeceo. Esta influencia queda compensada
al añadir una señal de giro. Esta señal de giro puede ser, por
ejemplo, proporcional a la velocidad angular del giro, o también a
otras magnitudes de giro como, por ejemplo, la posición angular. A
continuación, se describen diferentes posibilidades para obtener una
señal de giro adecuada para compensar.
La señal de giro se puede obtener mediante un
giroscopio o un sensor de giro piezoeléctrico (9, 10) (piezo giro).
Estos captadores de medición adicionales pueden estar dispuestos en
el aparato volante, o montados o incorporados en un dispositivo
(5), según la invención. Dado que un sensor de giro piezoeléctrico
mide la velocidad angular, la compensación se realiza oportunamente
intercalando esta señal giro en una señal de frecuencia obtenida a
partir del sensor de desplazamiento, por ejemplo, por
diferenciación, y que ya representa la velocidad.
En un helicóptero se puede generar una señal de
giro, cuando un sensor de aceleración está dispuesto a una
distancia del eje del rotor y gira junto con el árbol principal del
mismo, midiéndose la componente de aceleración paralelamente al eje
del rotor y siendo los sucesivos valores de medición evaluados
cíclicamente por fases en función del giro del rotor.
Los giros del plano del rotor provocan fuerzas
de precesión como en un giroscopio, que se producen y son medidas
en el sensor de aceleración como aceleraciones que cambian
cíclicamente. La amplitud de la modificación es una medida para la
velocidad angular del giro a medir; la posición de fase con respecto
al giro del rotor es una medida para la dirección del giro a medir
y la orientación de su eje. La evaluación por fases se puede llevar
a cabo, generando una secuencia de muestreo sincronizada con el giro
del rotor, realizando la medición o la conmutación de la señal de
medición de forma dividida según los ciclos de la misma, por ejemplo
en cuadrantes. De esta manera se obtiene valores de medición del
giro divididos en componentes, por ejemplo, del eje de cabeceo y
del eje de balanceo. La sincronización puede llevarse a cabo a
través de un codificador rotatorio que explora los giros del árbol
del rotor. Ventajosamente las fuerzas medidas se producen como
modificaciones cíclicas. Por esto el sensor de aceleración no tiene
que poder medir valores absolutos, sino sólo las modificaciones.
Por lo tanto, como sensor de aceleración se
puede utilizar un transductor piezoeléctrico, cuyo valor de medición
sólo puede ser acoplado capacitivamente, lo cual resulta económico.
Además tiene la ventaja de que desviaciones del punto cero del
valor de medición quedan eliminadas desde un principio porque el
valor de medición se obtiene en forma de amplitud. La transmisión
de la señal del sensor en rotación al dispositivo de control puede
realizarse radiofónicamente, por transductor optoeléctrico,
acoplamiento inductivo de la señal o contacto deslizante. Incluso
sin medición óptica, este procedimiento de medición puede utilizarse
en general para la estabilización de giroaviones, cuya inclinación
se ajusta en función de un valor medido. A tal efecto, es suficiente
que un sensor de aceleración gire juntamente con el árbol principal
del rotor y esté dispuesto de forma distanciada del eje de rotor, y
que la componente de aceleración se mida paralelamente al eje del
rotor, y que los valores de medición sucesivos sean evaluados
sincronizada y cíclicamente por fases en función de la posición de
giro del rotor.
Para obtener una señal de giro para compensar
las influencias de giro, incluso sin utilizar un sensor propio,
como señal de giro se puede utilizar una señal de mando, que
controla el giro respectivo, por ejemplo, la servoseñal para la
inclinación de los discos oscilantes. Esto funciona porque,
habitualmente, el aparato volante sigue con una velocidad de
balanceo o de cabeceo que es, con bastante precisión, proporcional
al control realizado. Una señal de este tipo proporciona, por lo
tanto, una medida adecuada para la velocidad angular que puede ser
utilizada como señal de giro compensadora. La compensación se
realiza, en este caso, intercalando la señal de mando con la señal
de velocidad obtenida por el sensor de desplazamiento, lo que se
puede mostrar mediante la medición de la frecuencia: Si la misma
señal de mando es generada mediante un bucle de control, según la
invención, cuyo valor real comprende la señal de medición a
compensar, entonces la compensación corresponde a una
transformación inversa dentro del bucle de control en forma de
realimentación negativa del valor de ajuste al valor real que
rebaja la amplificación de la regulación. La intercalación
compensadora de la señal de giro podrá realizarse, en este caso, de
forma idéntica en lo que se refiere a la función, si el bucle de
control presenta sencillamente una amplificación
correspondientemente menor.
Una posibilidad alternativa o combinable para
obtener una señal de giro es la utilización de un segundo sensor de
desplazamiento óptico que, de acuerdo con la invención, trabaja como
sensor de giro, tal como se ha descrito, y cuya dirección de visión
presenta una orientación distinta a la del primer sensor.
En la figura 5 se muestra, a título de ejemplo,
un diagrama de bloques de una unidad de control (7) para
helicópteros. El bucle de control puede tener la misma estructura
para el eje de cabeceo y el eje de balanceo y, por lo tanto, está
representado sólo una vez. Durante el funcionamiento manual
convencional, las señales de mando son transmitidas al control de
las palas del rotor (24) a través del receptor (21). La posición
local adquirida resulta del comportamiento de vuelo que corresponde
a una serie de varias integraciones temporales, tal como se aprecia
en el cuadro que habla por sí solo. La totalidad de estas magnitudes
de movimiento representa para cada momento el movimiento de vuelo
actual. La influencia de los movimientos sobre la medición se
muestra con una línea de trazos. Por debajo de los instrumentos de
medición (9, 10, 25, 3) se muestran los procesos de la unidad de
control (7) divididos en la representación de las magnitudes de
medición y el dispositivo de control en sí con una comparación
entre valor real y valor nominal.
A partir de la señal del sensor de
desplazamiento (3) se detecta primero una frecuencia (27). La
frecuencia puede ser corregida, tal como se ha descrito, por las
influencias de la inclinación y, en su caso, la altura de vuelo.
Esto sucede, en este caso, por adición (24). La integración
posterior (28) puede realizarse sumando o contando y produce una
señal de posición, anulando otra vez el efecto diferenciador de la
medición de la frecuencia.
Partamos de que un valor nominal esté
predeterminado para la ruta o la velocidad de vuelo. Puede ser, por
ejemplo, un vector de velocidad o vector de posición, parametrizado
como función del tiempo. Esta función puede estar programada antes
del vuelo o prefijada durante el vuelo o, en el caso específico del
vuelo estacionario puede ser cero (como vector de velocidad) o
constante (como vector de posición). El valor nominal actual es
llamado, por ejemplo, a través de un receptor radiofónico (22) y
comparado con el valor de medición óptico mediante substracción
(30a). La diferencia detectada corresponde a la desviación
momentánea de la ruta nominal en (30a) o de la velocidad nominal.
En el caso (mostrado) de un valor nominal de una posición
predeterminada, la regulación puede realizarse, definiendo primero
la desviación local (30a) como valor de ajuste para una velocidad
de vuelo de regreso y regulando, a su vez, esta velocidad (30b).
Según el procedimiento PID se puede regular de forma equivalente
también una mezcla de valores de medición de posición y de velocidad
conjuntamente.
De forma proporcional y contraria a la
desviación de la velocidad se define un valor de ajuste de
inclinación (30b), según el cual se ha de ajustar la inclinación
del plano principal del rotor. El helicóptero reaccionaría a la
inclinación con una aceleración horizontal proporcional a dicha
inclinación, modificándose de esta manera la velocidad de vuelo
proporcionalmente al integral temporal de la inclinación y el bucle
de control se cierra.
Para llevar la inclinación al valor nominal se
controlan los elementos de ajuste del disco oscilante (8). Dado que
el helicóptero no permite un control directo de su inclinación, sino
sólo a través de la velocidad de su modificación (velocidad
angular), no se conoce la inclinación directamente por la posición
de los elementos de ajuste. Para regular la inclinación resulta,
por lo tanto, ventajoso disponer de un valor de medición propio de
ello. En la figura 5 se ha dispuesto, a tal efecto, un sensor de
inclinación (25) que hace posible una comparación propia de valor
nominal (30c). El resultado se emite a través de un mezclador o
conmutador (23) como valor de ajuste (26) al control del rotor
(8).
Como sensor de inclinación se puede utilizar,
por ejemplo, un dispositivo según la patente mencionada
RU-A-9300250. Pero éste es
impreciso. A partir de la señal del giroscopio piezoeléctrico (9,
10), que indica la velocidad angular de la inclinación, se puede
formar, alternativa o adicionalmente, su integral temporal y, de
esta manera, de acuerdo con la función de un horizonte artificial,
representa la inclinación del rotor. El problema es que en la
integración se produce una constante de integración indefinida,
correspondiente a una posición inclinada desconocida del horizonte.
La misma puede resultar de la posición en el momento de la puesta en
marcha así como también de pequeñas derivas y molestaría el control
considerablemente.
Se puede medir la inclinación, diferenciando en
el tiempo una magnitud de medición (24), obtenida del sensor de
desplazamiento óptico (3) y proporcional a la velocidad, como
mínimo, en una parte de su ámbito de frecuencia. Esto funciona
porque el helicóptero acelera en situaciones de vuelo habituales
proporcionalmente a su inclinación y la aceleración puede ser
representada mediante diferenciación de la velocidad medida.
Debido al proceso de diferenciación de la señal
de medición óptica, que puede ser emitida por etapas, pueden
producirse sin embargo discontinuidades molestas a partir de los
saltos incrementales. El valor de medición para la inclinación
puede generarse como una combinación de la magnitud de medición
obtenida del sensor de desplazamiento y diferenciada en el tiempo,
así como de la señal integrada temporalmente de una señal de giro
proporcional a la velocidad angular de la inclinación. En este caso,
del valor de medición diferenciado se pueden ponderar en menor
medida, especialmente, las partes espectrales de frecuencia más alta
y de la señal integrada se pueden ponderar en menor medida las
partes espectrales de baja frecuencia y la parte de señales
iguales. De esta manera, se solucionan tanto los problemas descritos
de la constante de integración y la deriva del punto cero, dado que
al eliminar las partes espectrales bajas, éstas ya no existen, así
como también las discontinuidades ya que quedan aplanadas por la
rebaja de las partes espectrales altas. Las partes que faltan en
cada caso pueden ser sustituidas por la otra señal. La combinación
de diferenciación y filtro pasabajos que resulta sobre la señal de
medición óptica puede ser representada y generada de forma
equivalente como filtro pasaaltos de primer grado; la combinación
de integración y filtro de pasaaltos que resulta sobre la señal del
sensor de giro puede ser representada y generada de forma
equivalente como filtro pasabajos de primer grado.
Como señal de giro para este control de la
inclinación se puede utilizar cada uno de los procedimientos ya
descritos en la compensación de giro como, por ejemplo, el
giroscopio piezoeléctrico o el valor de ajuste del mando.
Alternativamente o en combinación con ello, también en este caso se
puede generar la señal de giro tal como se ha descrito
anteriormente.
El control de la inclinación puede resumirse con
el control de los movimientos horizontales, mezclando y ajustando,
por lo tanto, conjuntamente las magnitudes de medición descritas,
tanto para la inclinación, como también para el movimiento
(velocidad y/o posición). La separación explícita de los procesos
"representación de los valores de medición" y "control"
se realiza para facilitar la comprensión, pero no es substancial
para la realización. En general, se pueden intercalar partes
proporcionales, diferenciadas y, en su caso, integradas de la señal
de medición óptica paralelamente en el bucle de control, lo que
conduce a que el dispositivo de control descrito puede realizarse
en su totalidad de manera equivalente en forma de un bucle de
control PID común.
Al utilizar una rama de señal de integración en
el bucle de control se consigue un control estático, estabilizando
el vuelo estacionario de tal manera que incluso tras desviaciones
temporales como interferencias, golpes de viento y similares se
vuelve a restablecer la posición inicial.
Mediante el cálculo de una integral a partir de
los valores de desplazamiento se puede obtener un valor de medición
proporcional con respecto a la posición. Al detectar la posición
local absoluta en coordenadas sobre el suelo se pueden tener en
cuenta los movimientos de guiñado para compensar. A tal efecto, se
pueden ir sumando de forma integradora las señales incrementales de
ambas coordenadas del sensor, teniendo que disponer dos sumas de
integración en representación de las dos coordenadas del suelo, y
midiéndose adicionalmente la orientación del sensor con respecto a
un eje giratorio vertical con respecto a las coordenadas del suelo,
y girando los incrementos de las señales de sensor a sumar de forma
vectorial antes de sumarlos, controlado por la orientación
medida.
También se puede prefijar un valor nominal para
una velocidad, en lugar de para una posición. Este valor nominal
puede ser integrado primero y luego ser utilizado como valor nominal
de posición. También se puede prescindir de valores reales y
nominales proporcionales a la posición y limitar la regulación a la
velocidad. La mezcla (30a) y la integración (28) pueden omitirse y
el valor de ajuste manual (22) puede ser conducido directamente a
una comparación de velocidades (30b).
Los procedimientos de control descritos,
especialmente los que regulan la inclinación de un helicóptero, se
pueden utilizar también sin un sensor óptico para la estabilización
del vuelo. En este caso, se puede prescindir de los valores reales
y nominales proporcionales a la posición y limitar la regulación al
ángulo de inclinación.
En lugar del sensor óptico (3) o en combinación
con el mismo, se puede utilizar cualquier sistema de navegación
conocido según el estado de la técnica, a efectos de obtener valores
reales (28) de la posición o de la velocidad y, por lo tanto,
realizar el procedimiento de control descrito en la presente. A tal
efecto, el procedimiento de control descrito aquí sólo ha de ser
modificado de tal manera que se prescinde de sensor (3) y de
medición de la frecuencia (27) y se utiliza un valor de medición de
posición (28) y/o un valor de medición de velocidad obtenido de un
sistema de medición alternativo.
En la figura 2 se muestra un segundo ejemplo de
realización de la presente invención: Para la medición de un
movimiento de giro o una velocidad de giro hay, como mínimo, dos
sensores de desplazamiento (31) y (32). Ambos sensores pueden estar
dispuestos de forma desplazada detrás de una lente común (2) u otras
ópticas de proyección, o pueden tener también ópticas de proyección
propias, tal como se muestra en la figura 4. La disposición
resultante de ello puede estar formada como un dispositivo de cuerpo
unido o dividido en unidades separadas. Las direcciones de visión
de los distintos sensores están orientadas de forma divergente en
ángulos predeterminados. Para la mayoría de las aplicaciones
resultan adecuados los ángulos agudos. De esta forma ambas
direcciones de visión son similares y constituyen una dirección de
visión principal común, que se puede suponer más o menos como la
bisectriz. Los giros alrededor de un eje en o cerca de la bisectriz
provocan desplazamientos de imagen en dirección tangencial para las
proyecciones de los puntos del suelo (61, 62). Correspondientemente,
los sensores (31, 32) están orientados de tal manera que reconocen
desplazamientos tangenciales. Los desplazamientos tangenciales
medidos en ambos sensores pueden ser puestos en relación entre sí,
por ejemplo, por substracción, mezcla, comparación o, en general,
por superposición de los valores de medición de ambos sensores. De
esta forma, se filtra la parte tangencial de los desplazamientos y
la medición se vuelve ampliamente independiente de otros
movimientos. La comparación de señales puede estar compuesta de una
mezcla o, en general, de una superposición. Si los valores de
medición individuales son ponderados de forma diferente antes de
mezclarlos, se podrá modificar de forma definida la posición del
eje de giro. Simultáneamente otra mezcla de los valores de medición
puede proporcionar otro valor de medición, por ejemplo, de acuerdo
con el primer ejemplo de realización, pudiéndose utilizar para ello
una suma de movimientos orientados en la misma
dirección. En lugar de una superposición se puede utilizar, en general, todo tipo de comparación de señales conocida.
dirección. En lugar de una superposición se puede utilizar, en general, todo tipo de comparación de señales conocida.
En la figura 3 se muestra un tercer ejemplo de
realización de la invención. Es adecuado para medir una distancia o
un cambio de distancia o la velocidad de aproximación. Se utiliza la
disposición descrita en la figura 2, pero en lugar de
desplazamientos tangenciales de la imagen se mide una componente
radial del desplazamiento de imagen. Mediante una substracción de
ambas señales de sensor o, en general, por una superposición de
ambos valores de medición, se filtra la parte radialmente opuesta
de los desplazamientos. Al acercarse el objeto o el suelo (4) a la
posición (4'), un punto visible (41) se desplaza a la posición (41)
y su proyección en el sensor (31) se desplaza de la posición (51)
en dirección radial a (51'). Lo mismo se puede decir en el sensor
(32) para los puntos (42, 42') y las imágenes (52, 52'). Debido a la
geometría de haz la diferencia angular medida se desplaza
proporcionalmente a una modificación de la distancia y de forma
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia absoluta.
Cuando se conoce más o menos la distancia, se puede de esta manera
medir la modificación y, cuando se parte de una señal de
modificación, se puede medir la velocidad longitudinal.
A diferencia de una medición de distancia, en la
que, dada y conocida al menos aproximadamente una velocidad de
traslación, se utiliza una velocidad de desplazamiento ópticamente
medida como valor de medición recíproco para la distancia entre el
vehículo y la parte proyectada de la escena, en este caso, no se
mide el valor absoluto de la distancia, sino la tasa de
modificación. Además, tampoco es necesario, en este caso, que
existan y se conozcan otras velocidades en dirección transversal.
Cuando la dirección de visión es vertical, resulta la medición de
una tasa de descenso o ascenso.
Si se conoce, en cambio, más o menos la
velocidad se puede detectar con la misma disposición también la
distancia absoluta en lugar de la velocidad: Dado que el valor de
la medición se comporta como el cuadrado de la distancia
recíproca, la precisión de la distancia medida es el doble de
satisfactoria de aquella con la que se conoce la velocidad. Cuando
se conoce, por ejemplo, la velocidad sólo con una exactitud de
\pm10%, la distancia medida variará en consecuencia sólo en un
5%.
Todos los procedimientos descritos de medición
para distancias o velocidades de aproximación pueden ser utilizados
para el reconocimiento de colisión, por ejemplo, para anticiparse o
evitar la colisión.
Además de la suma del desplazamiento radial,
también se puede formar la diferencia, es decir, la suma de la
traslación de igual sentido. De esta forma, se pueden medir
simultáneamente también movimientos transversales en los otros dos
ejes.
Los procedimientos de medición de giro y
aproximación descritos por medio de las figuras 2 y 3 pueden ser
combinados de manera que se evalúan los valores de medición de ambas
coordenadas de cada uno de los, como mínimo, dos sensores de
desplazamiento.
En la figura 4 se muestra un cuarto ejemplo de
realización. Tres sensores (31, 32, 33) están dispuestos con sus
direcciones de visión en tres direcciones distintas, por ejemplo,
ortogonales, pudiendo cada sensor tener dos direcciones de
medición. De ello resultan hasta 6 valores de medición. Las
direcciones de visión pueden ser ortogonales, pero no tienen porque
serlo. Para la estabilización del vuelo las tres direcciones de
visión pueden estar dirigidas hacia el suelo a modo de los pies de
un trípode. Mediante una mezcla matemática según una matriz de
rotación, los valores de medición de las direcciones de visión
oblicuas pueden ser transformados fácilmente en las coordenadas
rectas que son relevantes para el control. Con una disposición de
este tipo se puede conseguir una orientación en las seis
coordenadas en el espacio y se puede detectar y estabilizar el
movimiento de vuelo en todos los componentes. Todos los valores de
medición podrán ser corregidos por las influencias descritas,
provocadas por la rotación, si se dispone tres sensores de giro
independientes. Para mayor facilidad, los ejes de giro de estos
sensores pueden estar orientados en el mismo sistema de
vectores.
Pero estos sensores de giro independientes
también son prescindibles. Para compensar uno de los sensores (31,
32, 33) se utilizan las señales de uno o ambos de los sensores
restantes, pudiendo estos sensores restantes ser utilizados para la
medición del giro, y se utiliza su valor de medición como señal de
giro para compensar el primer sensor, siendo corregido, como
mínimo, parcialmente un valor de medición deducido del sensor de
desplazamiento por las influencias causadas por los movimientos de
giro como el balanceo, el cabeceo y guiñado del vehículo, mediante
la mezcla compensadora de una señal de giro, que es proporcional a
una magnitud de giro, a su ángulo o su velocidad angular, con el
valor de medición obtenido ópticamente.
De forma general, cualquier de los
procedimientos de medición descritos en la presente memoria se
pueden combinar entre sí. Además, las influencias molestas de una
componente de movimiento sobre la medición de otra componente de
movimiento se pueden eliminar porque se mide con otro sensor otra
mezcla de movimientos y ambas señales son sometidas a una
comparación. Las magnitudes de movimiento pueden medirse en varios
grados de libertad independientes entre sí, incluso cuando estos
grados de libertad se componen de movimientos compuestos, es decir,
no están separados entre sí. Los ejes de movimiento o coordenadas no
tienen que estar necesariamente dispuestos de forma ortogonal entre
sí. Dado que cada sensor mide otra mezcla de componentes de
movimiento, se puede realizar la separación de los valores de
medición en coordenadas separadas, transformando las señales de
medición mediante la mezcla oportuna, según las leyes de la
geometría vectorial, en señales de medición linealmente
independientes y opcionalmente ortogonales.
\newpage
En general, se puede utilizar un número
discrecional de sensores orientados en diferentes direcciones.
Adicionalmente, se pueden seleccionar para la evaluación las
señales de aquellos sensores que comunican un contraste suficiente.
De esta manera se reduce la probabilidad de no disponer de
suficientes detalles de imagen.
No se tiene que llevar a cabo necesariamente la
transformación descrita para realizar la regulación. En general,
las componentes espaciales de un movimiento también pueden ser
medidas y reguladas, cuando están mezcladas. Mediante la oportuna
orientación del sensor se puede determinar la mezcla deseada. En el
helicóptero se puede utilizar una medición de giro óptica para el
control del rotor de cola. A tal efecto, el rayo de visión puede
estar orientado oblicuamente hacia atrás/abajo. A continuación, se
mide y se regula una combinación del giro del eje vertical y deriva
lateral. De este modo, el fuselaje se coloca independientemente del
viento en la dirección de vuelo.
También se pueden sustituir otros instrumentos
de vuelo que se vienen utilizando habitualmente para la
estabilización. En modelos teledirigidos, por ejemplo, se puede
sustituir el habitual sensor de giro del eje vertical por la
medición de giro. Asimismo, en lugar de un variómetro se puede
utilizar una medición óptica de las tasas de ascenso. Para una
velocidad de traslación dada y conocida al menos aproximadamente se
puede utilizar una velocidad de desplazamiento ópticamente medida
como valor de medición recíproco para la distancia entre el
vehículo y la parte proyectada de la escena. Pero también se pueden
utilizar, como mínimo, dos sensores de desplazamiento (31, 32)
orientándolos de tal manera que sus direcciones de visión
principales (11a, 11b), que resultan en la proyección óptica,
divergen en un ángulo predeterminado y las señales de los sensores
son evaluadas en relación entre sí.
Además, para la medición de un movimiento de
giro alrededor de, como mínimo, un eje de giro (12) puede disponerse
que los sensores ópticos exploren desplazamientos de las imágenes
(63, 64) en dirección tangencial con respecto al eje de giro (12),
y que mediante la superposición de magnitudes de medición se obtenga
una magnitud de medición para las componentes del contramovimiento
tangencial que resulta del giro (61-61';
62-62'). A tal efecto, se puede disponer, en
especial, que los sensores ópticos exploren desplazamientos (51',
52') de las imágenes (51, 52) en dirección radial y que por
comparación de señales mediante la superposición de las magnitudes
de medición se obtenga una magnitud de medición para las componentes
del contramovimiento radial que se produce cuando se modifica la
distancia (41-41'; 42-42').
Cuando se conoce al menos aproximadamente la
distancia al objeto, se puede utilizar la magnitud de medición
obtenida de esta forma como valor de medición para la modificación
de la distancia a un objeto fijo o en movimiento (4) o, cuando se
conoce al menos aproximadamente la componente de velocidad a lo
largo de una dirección de visión media (11) entre las direcciones
de visión óptica (11a, 11b) generadas por los sensores, se puede
utilizar la magnitud de medición como valor de medición recíproco
al cuadrado de la distancia a un objeto (4).
Mediante la combinación con instrumentos
convencionales para la medición de otros componentes de movimiento
como, por ejemplo, la altura de vuelo (barómetro) y la orientación
de la proa (brújula) se puede realizar un autopiloto completo que
se encarga de todo el mando.
En aplicaciones controladas por GPS se puede
mejorar considerablemente la precisión, resolución y rapidez de la
medición completándola con los valores de medición ópticos, en
especial, para el área cercana al suelo.
Si la iluminación o los contrastes del entorno
son insuficientes, la señal del sensor puede ser errónea. Estos
errores se manifiestan casi siempre en forma de valores de
desplazamiento demasiado pequeños en cuantía o totalmente ausentes
y se producen casi siempre localmente, es decir, en puntos aislados.
A efectos de aumentar los puntos de imagen aprovechables y reducir
los fallos, se pueden disponer varios sensores con diferentes
direcciones de visión, tal como ya se ha explicado por medio de las
figuras 2, 3 ó 4, y las señales de sensor pueden ser evaluadas en
relación entre sí. De esta manera puede surgir un resultado de
medición común, en el que sensores con un valor de medición más
pequeño no son ponderados o sólo en menor medida. El término "más
pequeño" puede referirse al importe del valor de medición del
desplazamiento de una o varias coordenadas y/o también a una
magnitud de medición emitida por el sensor de desplazamiento acerca
de la luminosidad actual y/o la calidad de contraste en el sensor
respectivo. El valor de medición común puede estar formado, por
ejemplo, mediante la obtención del valor máximo, mediante obtención
de la media ponderada o mediante conmutación al sensor más potente
en cada momento.
Con una multitud de sensores de desplazamiento
se puede formar un "array" o conjunto y los sensores pueden
ser conectados matricialmente entre sí, pudiéndose obtener el
resultado ponderado descrito anteriormente. Asimismo, es posible
una combinación con las evaluaciones de señal descritas por medio de
las figuras 2, 3 y 4. Esto facilita una evaluación exhaustiva de
los movimientos, que resulta muy superior, en lo referente a la
velocidad, a un procedimiento basado en la evaluación de una señal
de vídeo.
Para evitar errores de mando que podrían tener
como consecuencia una medición deficiente, cuando falla la señal de
medición, el dispositivo de control puede ser cambiado a otro modo
de funcionamiento que no precisa de ninguna señal de medición
óptica, independientemente o en combinación con las técnicas antes
mencionadas. La conmutación puede ser provocada por la falta de la
señal de medición y/o porque no se alcanza el valor de contraste
mínimo y/o la luminosidad mínima. La conmutación del dispositivo de
control puede realizarse, cambiando de forma oportuna las cuotas de
ponderación para las magnitudes de los valores nominales y de
medición que forman parte de la mezcla y regulación, por ejemplo, a
una configuración sin sensor de desplazamiento, como se conoce por
el estado de la técnica, hasta que la señal óptica vuelve a ser
suficiente. En un sencillo caso especial se puede mantener la
inclinación del rotor en horizontal, mientras falte la señal de
medición.
Un dispositivo del tipo descrito se puede
utilizar, de forma general, también para el reconocimiento o la
medición de movimientos relativos entre el dispositivo y un objeto
de cualquier tipo alejado del mismo (con medición de la
modificación angular de la dirección de incidencia óptica de una
imagen virtual); en este caso, lo que puede estar en movimiento es,
por un lado, el cuerpo explorado ópticamente y/o, por otro lado, un
cuerpo que soporta el dispositivo de sensor como en el caso
descrito del aparato volante. A tal efecto, sólo se ha de combinar
un sensor de desplazamiento opto-electrónico (3),
que está dotado de múltiples celdas fotosensibles (píxeles) y
reconoce los desplazamientos de estructuras ópticas y emite una
señal de medición para el desplazamiento y contiene una unidad de
evaluación para ello integrada en su chip, con una óptica de
proyección (1) y disponer dicho sensor de desplazamiento de manera
que las estructuras ópticas de objetos infinitamente alejados son
proyectadas sobre la superficie fotosensible del sensor con una
resolución suficiente para reconocer un desplazamiento de
imagen.
La luz ambiental puede servir de iluminación.
Los contrastes necesarios para la exploración del desplazamiento
pueden surgir por la superficie del objeto proyectado, o también por
los contornos de un objeto o varios objetos con respecto a un
fondo.
A diferencia de la función de un ratón óptico,
el objeto puede ser más pequeño que el área de detección óptica del
dispositivo, estando esta área determinada por el tamaño de la
superficie fotosensible del sensor, la distancia focal y la
distancia de exploración. El objeto también puede ser atravesado por
los rayos de luz necesarios para la exploración.
A continuación, sigue una lista de posibles
aplicaciones cuando el objeto a explorar está en movimiento: Una
aplicación es el reconocimiento de la presencia de objetos en
movimiento, por ejemplo, para la apertura automática de puertas o
portones cuando entran vehículos o personas, estando la misma exenta
de limitaciones de alcance, a diferencia de sensores ópticos
conocidos como las barreras de luz o exploradores de punto luminoso.
Cuando el fondo no presenta estructuras, el objeto reconocido puede
ser mucho más pequeño que el área de reconocimiento óptico que
estará determinado por el tamaño de la superficie fotosensible del
sensor.
Otra aplicación es la medición sin contacto de
velocidades o giros de cuerpos en movimiento, o la medición de la
distancia a cuerpos en movimiento. El sensor puede estar, por
ejemplo, orientado hacia un material a transportar que se halla
sobre una cinta transportadora. Con una velocidad de desplazamiento
determinada se puede deducir un valor de medición para la altura
del material a transportar a partir de la velocidad de
desplazamiento ópticamente medida, obteniendo su valor inverso.
Además, se puede examinar si los materiales que
se desplazan se encuentran libres de desperfectos. Un desperfecto
puede ser registrado, en función del acabado de la superficie y de
la iluminación, como una estructura reconocida o también como una
estructura que falta. En comparación con sistemas de imagen
convencionales es posible ahorrar considerablemente en costes.
Además, se puede medir la velocidad de líquidos
o gases en base a partículas arrastradas que se desplazan con los
mismos.
Otra aplicación es hacer que una representación
visual, por ejemplo, de un escaparate sea independiente del
movimiento de un observador. A tal efecto, se procede a explorar
ópticamente al observador mediante el dispositivo. Explorando la
cara del observador, se puede solucionar de forma económica el
problema del seguimiento de perspectiva (headtracking) que se
presenta en representaciones de imágenes 3D. La señal de medida del
sensor de desplazamiento puede ser utilizada como medida del
desplazamiento de la cabeza y/o de la posición actual de los ojos.
Esta señal puede controlar tanto la perspectiva de vista de una
imagen ofrecida al observador, de manera que corresponda al
movimiento de la cabeza del observador, como también la dirección de
salida de las pupilas de salida dispuestas para ojos separados en
una representación estereo-óptica de la imagen, para hacer posible
la llegada a los ojos correctamente asignados incluso cuando se
mueve la cabeza.
Adicionalmente a las señales de desplazamiento
del sensor también se pueden evaluar otras señales de medición
obtenidas del sensor como, por ejemplo, un valor de luminosidad o un
valor de calidad de contraste. Esto resulta ventajoso para el
reconocimiento de material a transportar y el control de
máquinas.
Aplicaciones para dispositivos de sensor en
movimiento: Para robots y vehículos, también los autoguiados,
concretamente, tanto para el autoguiado a través de un bucle de
control, como también para reconocer la distancia y para evitar
colisiones. También en este caso, existe la opción de medir el
movimiento cuantitativamente o reconocer solamente la presencia de
un objeto, por ejemplo, un obstáculo. Con una dirección de visión
lateral se puede medir y regular la distancia lateral, por ejemplo,
con respecto a una pared. Como elemento de ajuste se puede
controlar, en este caso, el mecanismo de dirección y esto facilita
la conducción a lo largo de un obstáculo.
Claims (21)
1. Dispositivo para la medición del movimiento
y/o de la posición de un vehículo controlado mecánicamente (1) o
dotado de un dispositivo de autopropulsión en, como mínimo, uno de
sus seis grados de libertad en el espacio, utilizando un
dispositivo de detección óptica, comprendiendo dicho dispositivo una
óptica de proyección (2) dispuesta en el vehículo (1) mediante la
que se puede proyectar una imagen del entorno (4) por sectores
sobre un plano focal, así como un sensor de desplazamiento
opto-electrónico (3), estando la óptica de
proyección (2) diseñada y dispuesta de tal manera que pueden
proyectar estructuras alejadas al infinito sobre el sensor de
desplazamiento (3), caracterizado porque
- el sensor de desplazamiento
opto-electrónico (3) comprende, como mínimo, un chip
destinado para su uso en ratones ópticos o que presenta la misma
estructura que éstos,
- presentando el chip, por un lado, una
superficie de exploración dotada de múltiples celdas fotosensibles
y, por otro lado, una electrónica de evaluación digital que lee las
señales de las celdas fotosensibles con una frecuencia de lectura,
evalúa estas señales para reconocer desplazamientos de imagen de las
estructuras proyectadas y está realizada para emitir una señal de
medición para un desplazamiento de imagen.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo, según la reivindicación 1,
caracterizado porque está realizado de tal manera que, a
efectos de detectar la magnitud de desplazamiento, los datos de las
celdas fotosensibles son leídos constantemente una y otra vez y
puestos en correlación con los datos leídos en un momento anterior
de la misma secuencia y comparados entre sí según las
coordenadas.
3. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está
realizado de tal manera que el proceso de evaluación para los datos
de las celdas fotosensibles se lleva a cabo de forma digital
controlado por programa, y la comparación se realiza con los
últimos datos que se han leído de las celdas fotosensibles o con
datos de un ciclo anterior de la misma secuencia.
4. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por un dispositivo
electrónico (7) que está realizado de tal manera que mide una
frecuencia de los valores de desplazamiento o saltos de
desplazamiento emitidos por el sensor de desplazamiento (3),
teniendo en cuenta la dirección del desplazamiento como signo
matemático.
5. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque contiene,
como mínimo, un giroscopio (9), así como un circuito adecuado para
mezclar de forma compensadora las señales procedentes del
giroscopio y del sensor de desplazamiento.
6. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como mínimo
dos sensores de desplazamiento (31, 32) están dispuestos y
orientados de tal manera que sus direcciones de visión principales
(11a, 11b), que resultan en la proyección óptica, divergen en un
ángulo predeterminado, y porque se ha dispuesto un circuito de
evaluación electrónico, que está acoplado a las salidas de ambos
sensores de desplazamiento (31, 32), y que es adecuado para evaluar
las señales de los sensores de desplazamiento (31, 32) en relación
entre sí.
7. Dispositivo para el control o la
estabilización del movimiento y/o la posición de un vehículo
controlado mecánicamente o dotado de un dispositivo de
autopropulsión en, como mínimo, uno de sus seis grados de libertad
en el espacio, con un dispositivo de medición, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por un
dispositivo de control electrónico (7), que está diseñado para
formar un valor de ajuste a partir del valor real proporcionado por
la señal de medición del sensor de desplazamiento (3) y para ser
conectado a los elementos de ajuste (8) que controlan el vehículo
(1).
8. Dispositivo con un dispositivo de medición,
según una de las reivindicaciones anteriores, para estabilizar el
vuelo de un aparato volante, caracterizado por un dispositivo
electrónico (7) para formar un valor de ajuste a partir de un valor
real proporcionado por la señal medida por el sensor de
desplazamiento opto-electrónico (3), estando dicho
dispositivo diseñado para ser conectado a los elementos de ajuste,
que controlan el aparato volante.
9. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el vehículo
(1) es un aparato volante.
10. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la óptica
de proyección (2) está ajustada a una distancia que, añadiendo la
profundidad del campo, se obtiene una zona de nitidez que va del
infinito hasta la más corta distancia posible hacia el objeto.
11. Procedimiento para la medición del
movimiento y/o la posición de un vehículo controlado mecánicamente
(1) o dotado de un dispositivo de autopropulsión en, como mínimo,
uno de sus seis grados de libertad en el espacio, utilizando un
dispositivo de detección óptica, con el que se detecta una imagen de
una zona del entorno (4) visible desde la posición actual del
vehículo (1) con la ayuda de una óptica de proyección (2) montada
en el vehículo (1), siendo dicha imagen proyectada sobre la
superficie fotosensible de un sensor de desplazamiento
opto-electrónico (3) de tal manera que la resolución
de las estructuras de la imagen alejadas al infinito es suficiente
para reconocer el desplazamiento, caracterizado porque
- como sensores de desplazamiento
opto-electrónicos (3) se utiliza, como mínimo, el
chip de un sensor destinado para su uso en ratones ópticos o un
chip que presente la misma estructura que éste,
- presentando el chip, por un lado, una
superficie de exploración dotada de múltiples celdas fotosensibles
y, por otro lado, una electrónica de evaluación digital que está
realizada de tal manera que lee las señales de las celdas
fotosensibles con una tasa de lectura, evalúa éstas para reconocer
desplazamientos de imagen de las estructuras proyectadas y emite
una señal de medición para un desplazamiento de imagen.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Procedimiento, según la reivindicación 11,
caracterizado porque el valor de desplazamiento se obtiene
mediante la comparación continua con datos de medición anteriores,
porque se aprovecha la electrónica de evaluación integrada para
obtener un valor de desplazamiento óptico de las estructuras
proyectadas del entorno y porque el valor de desplazamiento es
utilizado como medida para, como mínimo, una magnitud de posición
y/o de movimiento del vehículo.
13. Procedimiento, según la reivindicación 11 ó
12, caracterizado porque un valor de medición emitido por un
sensor de desplazamiento (3) es diferenciado en el tiempo.
14. Procedimiento, según la reivindicación 11 ó
12, caracterizado porque se obtiene una variable de señal a
partir de un valor de medición emitido por el sensor de
desplazamiento (3) y la misma es diferenciada en el tiempo, como
mínimo, en una parte de su ámbito de frecuencia.
15. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque a partir de
las señales de, como mínimo, dos sensores de desplazamiento (31,
32) se constituye un valor de resultado común, siendo valores de
medición de un sensor no ponderados o menos ponderados cuando su
valor de medición actual de desplazamiento y/o de luminosidad y/o
de calidad de contraste es inferior en cantidad.
16. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque el vehículo
(1) es un aparato volante y porque, cuando se conoce al menos
aproximadamente la velocidad de vuelo se utiliza una magnitud de
medición obtenida opto-electrónicamente como valor
de medición recíproco para la altura de vuelo sobre suelo.
17. Procedimiento para la estabilización de un
aparato volante con una comparación entre valor real y valor
nominal y control, basado en un procedimiento, según una de las
reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque en, como
mínimo un eje de inclinación la dirección de visión óptica de la
proyección está orientada hacia abajo con una componente
substancialmente vertical, y porque la señal de medición óptica es
utilizada como valor de medición para, como mínimo, una de las
magnitudes de movimiento horizontales como posición, recorrido,
velocidad y aceleración, y porque la inclinación del aparato volante
se ajusta en función de ello.
18. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque el ángulo de
inclinación también está sometido a un ajuste y porque para la
representación del valor real de la inclinación una magnitud de
medición de una velocidad horizontal proporcionada por el sensor
óptico es diferenciada en el tiempo, como mínimo, en una parte de
su ámbito de frecuencia.
19. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 11 a 18, caracterizado porque se utiliza
para el seguimiento de un objeto fijo o en movimiento y porque la
dirección de visión óptica del sensor de desplazamiento (3) está
orientada al objetivo y una señal de medición de, como mínimo, un
eje o ambos ejes del desplazamiento es utilizada para el guiado en
realimentación negativa de la dirección de visión óptica en uno o en
dos ejes.
20. Procedimiento, según la reivindicación 19,
caracterizado porque se utiliza para la estabilización y
orientación de una cámara de foto o de vídeo a un objetivo.
21. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 11 a 20, caracterizado porque para detectar
la magnitud de desplazamiento se procede continuamente a la lectura
de los datos de las celdas fotosensibles, los mismos se ponen en
correlación con datos obtenidos de la misma secuencia en un momento
anterior y se comparan entre sí según las coordenadas.
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