BR102013024031A2 - portable electromechanical device with positioning and actuation system for three-dimensional motion detection, control and interaction in virtual environments - Google Patents
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Abstract
dispositivo eletromecânico portátil, com sistema de posicionamento e acionamento para detecção de movimentos tridimensionais, controle e interação em ambientes virtuais. onde uma caneta (1), portátil, possui placa de circuito impresso (10) com cabo (c) para conexão a um computador (co), sendo integrada com sensores de aceleração (11), além de um botão atuador (12) e um encoder (13), trabalhando com escala (14) após movimento de uma ponteira (15). a caneta (1) possui, também, um botão atuador (12). em um ambiente qualquer apropriado, após conectada a um computador (co) ou tablete (ta) que tenha instalado na sua cpu um programa específico para simular treinamento de cirurgias simples, a ponteira (15) é pressionada contra a superfície (s) do "touch pad" ou diretamente na tela do computador (co), reproduzindo, em tela, a aproximação do ambiente para a visualização de um órgão humano, a partir do ponto exato de profundidade desejado. a profundidade é combinada com o giro da caneta (1), reproduzindo assim qualquer ângulo do ambiente, do ponto desejado do objeto (o), para que o usuário penetre no ambiente da imagem (o) a ser tratada, como ferramenta cirúrgica.portable electromechanical device with positioning and drive system for three-dimensional motion detection, control and interaction in virtual environments. where a portable pen (1) has a printed circuit board (10) with cable (c) for connection to a computer (co), being integrated with acceleration sensors (11), plus an actuator button (12) and an encoder (13) working with scale (14) after movement of a tip (15). The pen (1) also has an actuator button (12). in any appropriate environment, after connected to a computer (co) or tablet (ta) that has a specific program installed on your cpu to simulate simple surgery training, the tip (15) is pressed against the surface (s) of " touch pad "or directly on the computer screen (co), reproducing, on screen, the approximation of the environment for viewing a human organ from the exact desired depth point. The depth is combined with the rotation of the pen (1), thus reproducing any angle of the environment from the desired point of the object (o) so that the user enters the environment of the image (o) to be treated as a surgical tool.
Description
•DISPOSITIVO ELETROMECÂNICO PORTÁTIL, COM SISTEMA DE POSICIONAMENTO E ACIONAMENTO PARA DETECÇÃO DE MOVIMENTOS TRIDIMENSIONAIS, CONTROLE E INTERAÇÃO EM AMBIENTES VIRTUAIS” Refere-se o presente relatório relativo, a um pedido de patente de invenção para um dispositivo em forma de caneta, ou seja, um dispositivo portátil através do qual, após pressão efetuada a partir de sua ponta retráti 1 (deslizando por meio de pistão ligado a um encoder) na superfície de contato de um computador, são dadas ao usuário informações sobre o ponto de profundidade alcançado ou desejado. Em caso de movimentos radiais a caneta dá, também ao usuário, informações (por meio de acelerômetro) sobre inclinações.• PORTABLE ELECTROMECHANICAL DEVICE WITH POSITIONING AND DRIVING SYSTEM FOR DETECTION OF THREE-DIMENSIONAL MOVEMENTS, CONTROL AND INTERACTION IN VIRTUAL ENVIRONMENTS ”This report relates to a patent application for a pen-shaped device. A portable device whereby, upon pressure from its retractable tip 1 (sliding by means of a piston attached to an encoder) on the contact surface of a computer, the user is given information about the desired or reached depth point. In case of radial movements the pen also gives the user information (by means of accelerometer) on inclines.
Através dessa caneta, é possibilitada a interação tridimensional em um ambiente virtual (no computador) onde esteja representado um órgão humano como o fígado por exemplo, para que o usuário “movimente-se” nesse ambiente através do ângulo e profundidade de visão desejados, aiuando com grande perfeição em relação a simulação de procedimentos cirúrgicos mais simples.This pen enables the three-dimensional interaction in a virtual environment (on the computer) where a human organ such as the liver is represented, for the user to "move" in that environment through the desired angle and depth of view, sharpening with great perfection compared to the simulation of simpler surgical procedures.
ESTADO DA TÉCNICATECHNICAL STATE
Como é de conhecimento, em ambientes cirúrgicos, geralmente faz-se necessária a presença de um médico de maior bagagem profissional. Essa presença é necessária para a orientação em relação aos procedimentos a serem tomados por um médico iniciante.As is well known, in surgical settings, the presence of a physician with greater professional baggage is usually required. This presence is necessary for guidance regarding the procedures to be taken by a novice physician.
Apesar da incontestável eficiência do estudo acadêmico, geralmente o aprendiz permanece, no início da careira, a mercê do surgimento dos pacientes já com problemas específicos e somente assim irá formar, com o contato real, sua linha de atuação ao longo do tempo de trabalho.Despite the unquestionable efficiency of academic study, the apprentice generally remains at the beginning of his career at the mercy of the emergence of patients with specific problems and only then will he form, with real contact, his course of action over the working time.
No caso ae cirurgias rotineiras, ou seja, cirurgias de pequeno porte, não existe atualmente um sistema de treinamento que simule esses possíveis problemas trazidos pelos pacientes. Um sistema de treinamento, inclusive virtual, certamente garantiría suporte não somente para médicos iniciantes mas também para médicos experientes, auxiliando-os ou : ^lembrando-lhes procedimentos a serem postos em prática, no momento em que o problema se apresentar.In the case of routine surgeries, ie minor surgeries, there is currently no training system that simulates these possible problems brought by patients. An even virtual training system would certainly provide support not only for novice doctors but also for experienced doctors, either by assisting them or by: reminding them of procedures to be put in place at the time the problem arises.
OBJETIVO DA PATENTE A caneta em questão e o sistema que a envolve, motivos desse presente pedido d|e patente, vêm justamente proporcionar, com absoluta real idade, o treinamento e conhecimento médicos em cirurgias de pequeno e médio portes, familiarizando eficazmente o aprendiz com os possíveis problemas clínicos e auxiliando-o sobremaneira em relação aos procedimentos a serem tomados quando do momento real da ação médica.OBJECTIVE OF THE PATENT The pen in question and the system that surrounds it, reasons for this patent application, precisely provide, with absolute real age, the medical training and knowledge in small and medium size surgeries, effectively familiarizing the apprentice with the possible clinical problems and greatly assisting you in the procedures to be taken when the actual moment of medical action.
Explicada superficialmente, passa a caneta o sistema a serem melhor detalhados;, através dos desenhos anexos, pelos quais se vêem: Figura 1 — vista e nerspectiva, mostrando a caneta em posição de uso;Superficially explained, the pen goes on to the system to be further detailed; through the attached drawings, through which we can see: Figure 1 - view and nerspective, showing the pen in position of use;
Figura 2 - vista em perspectiva explodida, mostrando as partes da caneta, cuja carcaça é composta por corpo de pega e base. Como se observa, internamente a caneta aloja uma placa de circuito impresso com cabo para conexão a um computador. Tal placa de circuito impresso é integrada com sensores de aceleração, um botão atuador central e um encoder. O encoder recebe uma escala com ponteira dotada de batente, no qual aloja-se uma mola, formando, na base da caneta, um pistão. No detalhe A. ao lado, é mostrado, em perspectiva, o conjunto do pistão;Figure 2 - exploded perspective view showing the parts of the pen, the housing of which is composed of handle body and base. As noted, internally the pen houses a wired printed circuit board for connection to a computer. Such a printed circuit board is integrated with acceleration sensors, a central actuator knob and an encoder. The encoder receives a stop-tipped scale on which a spring is housed, forming a piston at the base of the pen. In detail A. at the side, the piston assembly is shown in perspective;
Figuras 3, 4 e 5 — vistas em corte da caneta conectada por seu cabo a um computador, no qual é instalado um programa, no caso, específico para simulação do treinamento de pequenas cirurgias. A caneta está com sua ponteira apoiada no “touch pad” do computador e foi inicialmente pressionada, comprimindo a mola e fazendo deslizar a escala pelo encoder. Nessa condição, o encoder lê o movimento deslizante da escala e envia tais informações para o programa, que reproduz, em tela, a aproximação do ambiente para a visualização do objeto desejado, como por exemplo a simulação de um fígado para ser analisado. Nas figuras 4 e 5, a aproximação do objeto na tela é maior, conforme o aumento da pressão imposta pelo usuário, a partir da ponteira;Figures 3, 4 and 5 - sectional views of the pen connected by its cable to a computer, in which is installed a program, specifically for simulating the training of minor surgeries. The pen is tipped against the computer's touch pad and was initially pressed, compressing the spring and sliding the scale through the encoder. In this condition, the encoder reads the sliding motion of the scale and sends such information to the program, which reproduces, on screen, the approximation of the environment for the visualization of the desired object, such as the simulation of a liver to be analyzed. In figures 4 and 5, the approximation of the object on the screen is greater, as the pressure imposed by the user increases from the tip;
Figura 6 - vista em perspectiva da ponteira apoiada no “touch pad” após aproximação desejada com a pressão pela ponteira, quando a caneta é então girada e tais informações são detectadas pelos acelerômetros que enviam o sinal para o computador. Nessa condição, o programa interpreta tais informações, reproduzindo na teia o giro do ambiente, orientado pelo movimento da caneta.Figure 6 - Perspective view of the tip supported on the touch pad after desired approximation with the pressure by the tip, when the pen is then rotated and such information is detected by the accelerometers that send the signal to the computer. In this condition, the program interprets this information, reproducing in the web the rotation of the environment, guided by the movement of the pen.
Figura 7 - vistas do ambiente virtual exposto na tela do computador, mostrando em seqüencia que, conforme o giro da caneta, o usuário pode “movimentar-se” em qualquer ângulo nesse ambiente. Assim sendo, através das possiblidades de giro e alcance da profundidade, no ambiente, o usuário, manuseando o botão atuador, pode interagir no ponto desejado, simulando com grande perfeição os procedimentos cirúrgicos.Figure 7 - Views of the virtual environment exposed on the computer screen, showing in sequence that, as the pen rotates, the user can “move” at any angle in this environment. Thus, through the possibilities of turning and reaching depth in the environment, the user, handling the actuator button, can interact at the desired point, simulating the surgical procedures with great perfection.
Figuras 8 e 9 - vistas da caneta sendo usada no “touch pad” de um tablete e. ao lado, sendo usada diretamente na tela “touch screem” de um computador.Figures 8 and 9 - views of the pen being used on a tablet touch pad e. next to it, being used directly on the touch screen of a computer.
Em conformidade com os desenhos anexos, o “DISPOSITIVO 1: LETROMECÂNICO PORTÁTIL, COM SISTEMA DE POSICIONAMENTO E ACIONAMENTO PARA DETECÇÃO DE MOVIMENTOS TRIDIMENSIONAIS, CONTROLE E INTERAÇÃO EM A MBIENTES VIRTUAIS”, obj et o desse presente pedido de patente de invenção, constitui-se a partir de um dispositivo portátil, em formato de caneta (1), composto por corpo de pega (2) vazado na borda superior por um furo (3) e um outro furo (4), em ponto Intermediário, formando amda. na borda inferior, um dente diametral interno (5) com abertura (o). Pelo dente interno (5) o corpo de pega (2) recebe o acoplamento da base (7). igualmente vazada por furo central (8) e circundada por friso interno (9).In accordance with the accompanying drawings, “DEVICE 1: PORTABLE LETROMECHANICAL, WITH POSITIONING AND DRIVING SYSTEM FOR DETECTION OF THREE-DIMENSIONAL MOVEMENTS, CONTROL AND INTERACTION IN VIRTUAL MOBILE”, is the object of this application. from a portable pen-shaped device (1), composed of handle body (2) cast at the upper edge by a hole (3) and another hole (4), at an intermediate point, forming the web. at the lower edge, an inner diametrical tooth (5) with opening (o). By the inner tooth (5) the handle body (2) receives the coupling of the base (7). It is also cast by a central hole (8) and surrounded by an internal frieze (9).
Segundo o projeto, a caneta (1) recebe uma placa de circuito impresso (10) com cabo (C) para conexão a um computador (CO), sendo integrada com sensores de aceleração (11), além de um botão atuador (12) e um encoder (13), trabalhando com uma escala (14) com ponteira (15) incorporando batente (16), receptor de uma mola (1 7).According to the project, the pen (1) receives a printed circuit board (10) with cable (C) for connection to a computer (CO), being integrated with acceleration sensors (11), besides an actuator button (12) and an encoder (13), working with a scale (14) with nozzle (15) incorporating anvil (16), a spring receiver (17).
Conforme o arranjo proposto, a placa de circuito impresso (10) é apoiada no dente interno (5) da borda inferior do corpo de pega (2), o qual tem o furo (3) de sua borda superior ultrapassada pelo cabo (C). O botão atuador (12), por sua vez, é exposto externamente ao corpo de pega (2), através do seu furo intermediário (4). A escala (14) é montada vertical e internamente na base (7) da ca neta (1), de módo a ultrapassar o encoder (13) da placa de circuito impresso (10), enquanto a ponteira (15) ultrapassa o furo central (8). A referida ponteira (15) é delimitada junto ao friso circundante interno (9) da base (7), pelo seu batente (16), o qual recebe o encosto dos extremos da mola (17), cujo extremo oposto encosta-se no dente interno (5) da borda inferior do corpo de pega (2).According to the proposed arrangement, the printed circuit board (10) is supported on the inner tooth (5) of the lower edge of the handle body (2), which has the hole (3) of its upper edge surpassed by the cable (C). . The actuator button (12) is in turn exposed externally to the handle body (2) through its intermediate hole (4). The scale (14) is mounted vertically and internally at the base (7) of the cage (1), so as to exceed the encoder (13) of the printed circuit board (10), while the tip (15) surpasses the central hole. (8). Said nozzle (15) is delimited next to the inner surrounding frieze (9) of the base (7), by its stop (16), which receives the abutment of the ends of the spring (17), whose opposite end abuts the tooth inside (5) of the lower edge of the handle body (2).
Assim montada, para o uso, em um ambiente qualquer apropriado, o usuário conecta ia caneta (1), por seu cabo (C), a um computador (CO) ou tablete (TA) que tenha instalado na sua CPU um programa específico para simular treinamento de cirurgias simples, ao qual é integrada a piaca de circuito impresso (10), de acordo com o sistema eletrônico tridimensional pretendido.Thus assembled for use in any suitable environment, the user connects the pen (1) by its cable (C) to a computer (CO) or tablet (TA) that has a specific program installed on its CPU. simulate simple surgery training, to which the printed circuit board (10) is integrated, according to the intended three-dimensional electronic system.
Mecanicamente, ao empunhar a caneta (1), segura pelo botão amador (12), o usuário apoia a ponteira (15) na superfície (S) do “touch pad” (no caso de um tablete) ou diretamente na tela do computador (CO), quando então o batente (16) desliza pela base (7) e comprime a mola (17) contra o dente interno (5) da borda inferior do corpo de pega (2), fazendo a escala (14) ultrapassar o encoder (13) da placa de circuito impresso (10). Nessa condição, o encoder (13) lê esse movimento deslizante da escala (14) e tais informações, interpretadas pela placa de circuito impresso (10) são enviadas ao computador (CO), cujo programa simulador de treinamento de cirurgias, reproduz, em tela, a aproximação do ambiente para a visualização de um objeto (O), por exemplo um órgão humano, a partir do ponto exato de profundidade desejado.Mechanically, while holding the pen (1) held by the amateur button (12), the user rests the tip (15) on the touch pad surface (S) (in the case of a tablet) or directly on the computer screen ( CO), when then the stop (16) slides through the base (7) and compresses the spring (17) against the inner tooth (5) of the lower edge of the handle body (2), making the scale (14) surpass the encoder (13) of the printed circuit board (10). In this condition, the encoder (13) reads this sliding movement of the scale (14) and such information, interpreted by the printed circuit board (10), is sent to the computer (CO), whose surgery training simulator program reproduces, on screen. , the approximation of the environment to the visualization of an object (O), for example a human organ, from the exact desired depth point.
Conforme a pressão imposta a partir da ponteira (15) da caneta (1), a aproximação do objeto (O) na tela é maior, quando então o usuário, acionando o botão atuador (12), pode interagir nesse ponto.Depending on the pressure imposed from the tip (15) of the pen (1), the approximation of the object (O) on the screen is greater, when the user, by pressing the actuator button (12), can interact at this point.
Cssas informações em termos de profundidade são combinadas com o giro da caneta (1), cujos movimentos, detectadas pelos acelerômetros (11) são também interpretados pela placa de circuito impresso (10) que, igualmente enviam os sinais ao computador (CO). O programa simulador de treinamento de cirurgias reproduz em tela tais movimentos efetuados pela caneta (1), para que o usuário tenha uma visão a partir de qualquer ângulo do ambiente, do ponto desejado do objeto (O), igualmente interagindo na imagem, com o acionamento do botão atuador (12).This depth information is combined with the rotation of the pen (1), whose movements, detected by the accelerometers (11) are also interpreted by the printed circuit board (10), which also sends the signals to the computer (CO). The surgery training simulator program reproduces on screen such movements made by the pen (1), so that the user has a view from any angle of the environment, the desired point of the object (O), also interacting in the image, with the actuation of the actuator button (12).
Dessa forma, através da construtividade inédita da caneta, é possibilitado um sistema pelo qual o usuário “penetra” no ambiente da imagem (O) a ser tratada, trazendo-a e girando-a para análise a partir de quaisquer ângulos desejados, interagindo tridimensionalmente sobre esta com o acionamento do botão atuador (12), como ferramenta cirúrgica, simulando com perfeição treinamentos e estudos essenciais para futuros procedimentos médicos práticos.Thus, through the unprecedented constructivity of the pen, a system is made possible by which the user “penetrates” the image environment (O) to be treated, bringing it and rotating it for analysis from any desired angles, interacting three-dimensionally. This is achieved by actuating the actuator button (12) as a surgical tool, perfectly simulating training and studies essential for future practical medical procedures.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11042220B2 (en) * | 2019-08-02 | 2021-06-22 | Gustavo Mantovani Ruggiero | Three-dimensional input device |
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- 2013-09-19 BR BR102013024031-1A patent/BR102013024031B1/en active IP Right Grant
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