DESCRIPCIÓN

Objeto de la invención.

La presente invención se refiere a un dispositivo de conducción asistida, y más concretamente a una nueva interfaz hombre - máquina para facilitar la conducción de vehículos propulsados por motores tales como sillas de ruedas, carros eléctricos, etc.

Más concretamente, la invención tiene por objeto ayudar en la vida diaria a personas que, debido a su avanzada edad o a una enfermedad, deban utilizar silla de ruedas, o a aquellas que sin sufrir ningún tipo de discapacidad física están obligados a manejar muy habitualmente estas sillas como asistentes de personas discapacitadas.

Por otro lado, también constituye una ayuda para todas aquellas personas que por su edad o condición física se vean obligados a manejar cualquier tipo de vehículo, como por ejemplo puede ser el caso de un carro de la compra o similar, haciendo más fácil su conducción y manejo.

Antecedentes de la invención

En el estado de la técnica actual existen multitud de dispositivos que sirven como interfaz al hombre para conducir vehículos, siendo estos comúnmente volantes o palancas, o últimamente los denominados " j oysticks", los cuales pueden incluso ser manejados con distintas partes del cuerpo . Estos dispositivos, aún siendo muy útiles en la mayoría de los casos, presentan algunos inconvenientes. Uno de esos inconvenientes es el derivado de estar constituidos por partes móviles, lo que implica una mayor vulnerabilidad al desgaste y a la avería, además de una menor eficiencia energética.

Otro inconveniente es, generalmente, el de la escasa naturalidad de su uso, lo que los hace poco intuitivos y de difícil manejo, lo que reduce su usabilidad, especialmente en el caso en el que la persona que los maneja es de avanzada edad o discapacitada.

Además, en el caso particular de las sillas de ruedas eléctricas, éstas tienen dos motores que propulsan las dos ruedas principales de forma independiente para permitir las maniobras de giro incluidos giros muy cerrados, para lo que suelen dirigirse con un joystick operado con la mano. Sin embargo, hay casos en los que esto no es posible. Por ejemplo, en personas que . hayan sufrido alguna lesión en la parte alta de la médula espinal, que tengan ciertas enfermedades del sistema nervioso, que sean discapacitados intelectuales, o bien ciegos. A este grupo se pueden sumar además las personas muy mayores y/o con Alzheimer. Algunos estudios revelan que un 40% de los pacientes que usan una silla de ruedas eléctrica encuentran difícil su conducción, y entre un 5 y un 9% necesitan asistencia de otra persona. En algunos de estos casos se puede facilitar la autonomía con las llamadas sillas inteligentes, que incorporan sensores y algoritmos utilizados en el campo de la robótica móvil que solucionan estos problemas. Sin embargo, en otros muchos casos esto no es posible y se necesita que un asistente lleve la silla.

En estos casos, las sillas suelen contar con los denominados "joysticks", los cuales van incorporados en el manillar trasero de la silla. Sin embargo, como ya se ha dicho, estos interfaces hombre - máquina no son siempre la herramienta más adecuada.

Por ese motivo, algunas sillas incorporan un interfaz alternativo como son las pantallas táctiles. En ellas el usuario toca la pantalla, semejante a la que tienen muchos dispositivos inteligentes hoy en día, para dirigir la silla o indicar su destino. Sin embargo, esta solución suele adolecer del inconveniente antes descrito de la falta de naturalidad en su manejo y por ende, la incorrecta interacción del hombre con la máquina, lo cual va ^' en detrimento de la usabilidad final del conjunto.

Existen además otras soluciones conocidas en el mercado en las que un dispositivo se adapta a una silla de ruedas convencional de forma que una rueda acoplada a un motor eléctrico ayude en el impulso de la silla cuando así lo decide el asistente, quien controla la velocidad de esa rueda con un mando proporcional acoplado en el lado izquierdo del manillar. En este caso, sin embargo, no se asiste en las maniobras de giro, como hace una silla de ruedas eléctrica o los sistemas anteriormente mencionados, en los que hay dos ruedas con motores independientes que permiten asistir en maniobras de giro regulando la velocidad de cada motor por separado.

Finalmente, a modo de ejemplo pueden citarse como antecedentes del estado de la técnica la Traducción de ■ Patente Europea en España n° 2198972 T3 que lleva por titulo "Sistema de control de los motores eléctricos de propulsión de un carro de transporte" o la publicación "Haptic control for the interactive behavior operated shopping trolley InBOT", Proceedings of the New Frontiers in Human-Robot Interaction Symposium at the Artificial Intelligence and Simulation of Behaviour (AISB) 2009 Convention, de los autores Góller, . , Kerscher, T., Ziegenmeyer, M., Rónnau, A., Zóllner, J.M. y Dillmann, R.

En estos casos se propone que el usuario tome un manillar o asa con sus manos y dirija el vehículo como lo haría si lo propulsara él. Sin embargo, en ellos no se usa una interfaz realmente directa entre hombre-máquina, sino que la fuerza ejercida sobre el manillar se traslada por el asa a otros puntos en los que se colocan sensores de fuerza y/o torque. Sin embargo, esta forma de actuar puede dar problemas derivados de la deformación de las bandas elásticas o de los medios utilizados para transmitir las instrucciones del usuario. Además, la deformación de esas zonas puede tener un comportamiento complejo en el tiempo como consecuencia de una dinámica compleja del conjunto y la lectura del sensor colocado en las bandas o uniones elásticas asi lo iban a reflejar, haciendo el control (a partir de las lecturas del sensor) más complejo.

Descripción de la invención .

El dispositivo de conducción asistida de la presente invención que tiene por objeto introducir una nueva interfaz hombre-máquina para conducción de vehículos - tales como sillas de ruedas y carros eléctricos resuelve los inconvenientes del estado de la técnica antes señalados por cuanto proporciona una conducción muy intuitiva y por tanto necesita poco o ningún entrenamiento, siendo así su usabilidad también muy alta.

Por otro lado, al no tener partes móviles el desgaste es muy reducido, es decir, el dispositivo es robusto. Asimismo está indicado para personas con movilidad reducida que no puedan accionar otra interfaz por esta causa.

Para ello, el dispositivo de conducción asistida para vehículos de la presente invención comprende al menos un sensor táctil el cual cuenta con medios no sólo para dar información de la presencia de presión en un punto de su superficie, sino también del lugar donde se produce y de la magnitud de esa presión, es decir, proporciona un mapa de distribución de presión en su superficie o imagen táctil.

Más concretamente, el sensor táctil usualmente da una imagen táctil de la misma manera que un monitor ^■ de televisión proporciona una imagen visual, donde el táctel es equivalente al pixel y en donde dicho sensor táctil podrá tener una mayor o menor resolución espacial, según la cantidad de información que se quiera obtener. Además, el sensor táctil es un dispositivo de entrada de información, es decir, si se coloca un objeto sobre el sensor táctil se obtiene un mapa de presiones que dice en qué puntos hay contacto y con qué fuerza. Esto es muy importante puesto que diferencia a estos sensores táctiles de las llamadas pantallas táctiles, que dicen en qué puntos hay contacto pero no cuál es la fuerza de contacto en esos puntos.

Asi, gracias a esta característica, el sensor táctil de la invención proporciona una serie de ventajas respecto al estado de la técnica, como son, entre otras, las siguientes: - El asa o manillar del vehículo en el cual se instala el dispositivo de la invención no tiene que moverse ni transmitir ningún esfuerzo a otro punto en el que se coloquen sensores, por tanto el diseño es más simple y menos crítico en cuanto al montaje y la mecánica del manillar.

- El dispositivo detecta en tiempo real y en todo momento si hay o no contacto con el usuario, lo que resulta muy útil para la función de parada y bloqueo del vehículo, ya que esto sucederá sólo si el usuario suelta el asa o manillar, lo que además ahorrará energía y reducirá el desgaste de los elementos de bloqueo de la silla, además de permitir una conducción más suave.

- El sensor táctil tiene además la ventaja adicional de que puede utilizarse como interfaz o panel de entrada de información como por ejemplo modos de uso, usuario, etc. - El sensor táctil proporcionará grandes cantidades de información a través de la imagen táctil captada, y que puede ser usada para mejorar la calidad de la conducción, como por ejemplo la localización de los puntos de agarre, el tamaño de las manos del usuario, etc.

Asi, cuando el usuario interacciona con el manillar o asa de la silla o carro, ejerce un patrón de presión que dependerá de la intención de éste: acelerar, frenar o girar a izquierda o derecha, la electrónica comprendida en el dispositivo de la invención realiza el acondicionamiento y procesado de la información recibida, identificando la intención del usuario en base al patrón de fuerza en el manillar o asa mediante un algoritmo desarrollado para dicho fin. Los resultados que se obtienen del algoritmo se traducen en unas señales de entrada de la electrónica de control que son equivalentes a las que llegarían si el dispositivo fuese del tipo "joystick".

Descripción de las figuras.

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente : Figura 1.- Muestra una vista esquemática del cálculo del centro de masas en un punto. Figuras 2a a 2d.- Muestra de forma esquemática el desplazamiento del centro de masas de las manos izquierda (cuadro de la izquierda) y derecha (cuadro de la derecha) cuando éstas realizan un movimiento del vehículo hacia delante, hacia atrás, giro a la derecha y giro a la izquierda respectivamente.

Figura 3.- Muestra una vista esquemática de la posición, forma y partes componentes del dispositivo de la invención.

Figura 4.- Muestra una vista esquemática de un posible ejemplo de realización práctica del dispositivo de la invención .

Realización preferente.

Tal y como puede apreciarse en las figuras 1 a 4, una posible realización práctica del dispositivo de conducción asistida de la invención comprende un sensor táctil (1) situado sobre el asa o manillar (2) de la silla, o carro o vehículo (3) cuya conducción se desea asistir, en donde dicho sensor táctil (1) comprende a su vez un conjunto de sensores individuales de configuración adecuada, o según otra posible realización uno único, utilizando cualquiera de las tecnologías conocidas: piezorresistiva , capacitiva, óptica, etc. Una posible realización práctica de la invención de bajo coste consistiría en cubrir un conjunto de electrodos implementados en una placa de circuito impreso con una goma o polímero con propiedades piezoresistivas .

Como ya se dijo, cuando el usuario interacciona con el manillar o asa (2) de la silla o carro (3), ejerce un patrón de presión que dependerá de la intención de éste: acelerar, frenar o girar a izquierda o ^■ derecha. Entonces, la electrónica comprendida en el dispositivo de la invención realiza el acondicionamiento y procesado de la información recibida, identificando la intención del usuario en base al patrón de fuerza en el asa o manillar (2) mediante un algoritmo, cuyos resultados se traducen en unas tensiones de entrada de la electrónica de control de la asistencia a la conducción .

Un posible ejemplo de procesamiento de la imagen táctil y del patrón de presiones ejercido por el usuario es la utilización del centro de masas de la imagen táctil de un sensor táctil (1), en donde, de forma particular, se define dicho centro de masas de la imagen táctil de un sensor táctil de NxM táctels como:

∑^i∑y=i ^χ ' f(¿x>y)

∑ Li∑ ^" ty-^f.^ty) x V

Donde es el numero de fila, ' el numero de columna, el valor de la fuerza en las coordenadas indicadas por

Í (c e

^ ^' , y el punto ^ ^{x> r} ' es el centro de masas. A modo de ejemplo, en la Figura 1 se muestra la matriz resultante de la lectura de un sensor táctil y su centro de masas calculado para el punto que aparece en la esquina superior izquierda. Experimentalmente se observa que el centro de masas de las imágenes táctiles obtenidas por dos sensores táctiles colocados en el lado izquierdo y el lado derecho del asa o manillar (2) se desplazan cuando el usuario intenta hacer una maniobra, y que estos desplazamientos se pueden interpretar.

Por ejemplo, en las figuras 2a a 2d puede verse el desplazamiento del centro de masas, en donde el sensor táctil (1) se ha dividido en dos, a la izquierda para la mano izquierda y a la derecha para la mano derecha, cuando éstas realizan un movimiento del vehículo hacia delante, hacia atrás, giro a la derecha y giro a la izquierda respectivamente . Según una posible aplicación general, se podría usar toda la información de la imagen táctil, por ejemplo el tamaño de la mano, para adaptar la conducción. Si se usa solo el centro de masas se puede aprovechar el conocimiento de las dos coordenadas del mismo o incluso de una sola en el caso más sencillo. En este caso más sencillo se puede usar solo la coordenada y, como se ha hecho en la realización preferida que se detalla más adelante. Nótese que entonces el sensor táctil (1) puede construirse con un menor número de táctels y éstos tendrán forma de tira alargada a lo largo del manillar tal y como se muestra en el ejemplo de realización de la figura 3.

Teniendo esto en cuenta, y según una posible realización práctica de la invención, un número de seis táctels por sensor táctil (1) podría ser suficiente, usando dos submatrices del sensor táctil (1) o bien dos sensores táctiles (1), uno para cada lado del manillar.

La coordenada x de los centros de masas de las dos submatrices se puede usar por ejemplo para conocer la separación entre las manos y calcular el momento de fuerza aplicado. El sensor táctil (1) podrá además configurarse para distintos usos y usuarios si se utiliza como panel de entrada de datos, es decir, presionando sobre zonas que se identifican con botones (que pueden ser un único táctel) o bien haciendo uso de la trayectoria del centro de masas para implementar una interfaz gestual.

Por último, en la Figura 3 se muestra una posible implementación electrónica del dispositivo de la invención, en donde, como puede verse, los sensores táctiles (1) se colocan sobre el asa o manillar (2) de la silla o carro (3) .

Dichos sensores táctiles (1) son del tipo piezorresistivo y se implementan en dos sensores táctiles (1') y (1'') (o bien en dos submatrices de un mismo sensor táctil (1) no representado), uno para cada mano, con 6 sensores de fuerza (8) de forma alargada.

Así, se acondiciona la señal procedente de los sensores de fuerza (8), por ejemplo mediante un circuito basado en un Amplificador Operacional (4) . Las señales salientes de este circuito para cada sensor de fuerza entran en un multiplexor (5) analógico y cuya salida se conecta a la entrada del convertidor Analógico-Digital de un microcontrolador (6) .

Dicho multiplexor (5) no es necesario si el microcontrolador (6) tiene un número de canales de entrada Analógico/Digital suficiente. Por el contrario, si se implementa un sensor táctil (1) con mayor número de tácteles (sensores de fuerza) entonces puede ser necesaria alguna circuitería adicional y estrategias de disminución de interferencias .

De esta forma, el microcontrolador (6) calcula el centro de masas de cada sensor de fuerza y obtiene una coordenada y de cada sensor (para esta implemeritación sólo se puede obtener una coordenada y porque los sensores táctiles (1) son matrices de una dimensión. Para generar las señales para la electrónica de control

(7), se toman como salida de ambos sensores táctiles (1', 1'') la coordenada y de su centro de masas. A continuación se obtienen las componentes x e y de la velocidad de avance o retroceso como una función lineal de la suma de las salidas de ambos sensores táctiles (1', 1'') y la velocidad de giro a izquierda o derecha como una función lineal de la resta de laa salidas de ambos sensores táctiles (1', 1' ' ) .

Por último, los valores de salida del algoritmo anterior se entregan a la electrónica de control (7) por parte del microcontrolador (6) por ejemplo a través de una señal modulada en ancho de pulso o bien con un convertidor Digital-Analógico que dé una tensión de valor proporcional al de la salida del algoritmo y dentro del rango de entrada de la electrónica de control de los motores de la silla o carro .