BRPI1004279A2

BRPI1004279A2 - human-machine interface assistive device and equipment controlled by it

Info

Publication number: BRPI1004279A2
Authority: BR
Inventors: Franco Giuseppe Dedini; Torsten Felzer; Rainer Nordmann; Neto Geraldo Delgado; Araujo Madeira Paulo Henrique De; De Alkmin E Silva Ludmila Correa
Original assignee: Unicamp
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2012-02-14
Also published as: BRPI1004279B1

Abstract

DISPOSITIVO ASSISTIVO DE INTERFACE HOMEM-MáQUINA E EQUIPAMENTO CONTROLADOS PELO MESMO. O objeto de pleito da presente invenção apresenta uma nova solução para auxiliar usuários que tenham algum tipo de deficiência fisica ou motora que não possam controlar equipamentos através de joysticks convencionais, como alavancas, mouse ou teclado. Assim esse equipamento possibilita uma nova alternativa de controle para diversos equipamentos e navegação virtual sem o auxilio das mãos. Este é composto por um sensor (9) que pode ser fixado na testa do usuário com o auxilio de uma faixa ou em qualquer outro músculo de acordo com as necessidades do usuário. Assim esse sensor possibilita a leitura de sinais gerados pelos movimentos dos músculos da sobrancelha ou de qualquer outro músculo. Com a variação da contração dos músculos da sobrancelha há a variação deste sinal entre um dique, apenas uma contração, ou dois dique, duas contrações seguidas, o usuário pode controlar qualquer equipamento que deseja, uma vez adaptado.ASSISTIVE DEVICE FOR MAN-MACHINE INTERFACE AND EQUIPMENT CONTROLLED BY THE SAME. The object of claim of the present invention presents a new solution to assist users who have some type of physical or motor disability who cannot control equipment through conventional joysticks, such as levers, mouse or keyboard. Thus, this equipment allows a new control alternative for various equipment and virtual navigation without the aid of hands. This consists of a sensor (9) that can be fixed on the user's forehead with the aid of a band or any other muscle according to the user's needs. Thus, this sensor makes it possible to read signals generated by the movements of the eyebrow muscles or any other muscle. With the variation in the contraction of the eyebrow muscles, there is a variation of this signal between a dike, just one contraction, or two dykes, two contractions in a row, the user can control any equipment he wants, once adapted.

Description

DISPOSITIVO ASSISTIVO DE INTERFACE HOMEM- MÁQUINA E EQUIPAMENTO CONTROLADOS PELO MESMOASSISTANT MAN-INTERFACE DEVICE AND EQUIPMENT CONTROLLED BY THE SAME

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

O presente Pedido de Patente de Invenção se refere praticamente a um dispositivo de interface homem-máquina, que compreende um sensor que emite um sinal quando o usuário realiza uma contração muscular. O usuário pode prender este sensor em qualquer parte do corpo e com a variação das contrações, o sistema identifica se é um clique ou dois. Assim com essa variação, através do referido dispositivo, o usuário pode controlar uma cadeira de rodas, ou a seta do Windows, ou mesmo digitar um texto. Tal sensor faz a leitura de uma mínima contração muscular, podendo ser colocado com o auxilio de uma faixa na testa e assim interpretar o movimento da sobrancelha.The present invention relates practically to a human machine interface device comprising a sensor that emits a signal when the user performs a muscle contraction. The user can attach this sensor to any part of the body and with varying contractions, the system identifies whether it is a click or two. Thus with this variation, through this device, the user can control a wheelchair, or the Windows arrow, or even type a text. This sensor reads a minimal muscle contraction and can be placed with the aid of a band on the forehead and thus interpret the movement of the eyebrow.

O presente dispositivo possui inúmeras aplicações industriais, porém sua principal aplicação é atender pessoas que possuem algum tipo de dificuldade em movimentar as mãos, não podendo usar controles convencionais como joystick, mouse ou teclado. Logo o usuário pode controlar o equipamento que deseja sem usar necessariamente as mãos. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOThis device has numerous industrial applications, but its main application is to serve people who have some difficulty in moving their hands, and can not use conventional controls such as joystick, mouse or keyboard. Soon the user can control the equipment they want without necessarily using their hands. BACKGROUND OF THE INVENTION

O progresso da ciência médica possibilitou o aumento de sobrevida da população mundial com severo comprometimento orgânico. Alguns responsáveis por este avanço foram: o desenvolvimento de novas drogas medicinais, métodos investigativos mais eficazes, equipamentos assistivos mais leves, resistentes e de menor custo, além de aparelhos hospitalares de elevada precisão e compatíveis com o orçamento de hospitais de pequeno porte. Percentuais cada vez maiores desta população mundial desfrutam dessa nova medicina, fazendo-se necessárias a elaboração e melhorias de campos que auxiliem pessoas com deficiência, dentre eles a tecnologia assistiva.The progress of medical science has made it possible to increase the survival of the world population with severe organic impairment. Some of the drivers of this breakthrough were the development of new medicinal drugs, more effective investigative methods, lighter, sturdier, lower-cost assistive equipment, and high-precision, budget-friendly hospital appliances. Increasing percentages of this world population enjoy this new medicine, making it necessary to develop and improve fields that help people with disabilities, including assistive technology.

Denomina-se tecnologia assistiva a todo e qualquer produto, serviço ou equipamento que tem por objetivo melhorar a qualidade de vida de indivíduos com limitações funcionais, sejam físicas, sensoriais ou psicológicas. Tais esforços são observados através da manutenção, do aumento ou da devolução destas capacidades funcionais ao indivíduo, promovendo uma vida menos dependente e inclusão social.Assistive technology is referred to as any product, service or equipment that aims to improve the quality of life of individuals with functional limitations, whether physical, sensory or psychological. Such efforts are observed through the maintenance, increase or devolution of these functional capacities to the individual, promoting a less dependent life and social inclusion.

Um dos enfoques mais importantes da aplicação dessa tecnologia refere-se à minimização da dependência social de pessoas com deficiência. Indivíduos com paralisias motoras têm dificuldades-em realizar movimentos ou explicitar suas intenções para o mundo exterior porque os neurônios motores que influenciam músculos voluntários estão afetados.One of the most important approaches to the application of this technology concerns the minimization of social dependence on people with disabilities. Individuals with motor paralysis find it difficult to make movements or make explicit their intentions to the outside world because the motor neurons that influence voluntary muscles are affected.

Tendo em vista o quadro geral retratado assim, a presente invenção é relacionada a um dispositivo assistivo que visa o auxílio e maior integração social de indivíduos fisicamente ainda dependentes.In view of the general picture thus depicted, the present invention relates to an assistive device aimed at assisting and furthering social integration of physically dependent individuals.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

Atualmente existem várias técnicas para se movimentar, ou melhor, controlar uma cadeira de rodas sem o auxilio das mãos. Pode ser por comando de voz, contração de um músculo, movimento da sobrancelha, dos olhos, da cabeça. Algumas dessas tecnologias são apresentadas nos seguintes artigos e patentes:There are currently several techniques for moving, or rather controlling a wheelchair without the aid of hands. It can be by voice command, muscle contraction, eyebrow, eye, head movement. Some of these technologies are presented in the following articles and patents:

O Artigo EMG-based Hands-Free Wheelchair Control with EOG Attention Shift Detection, apresenta uma solução no qual o controle da cadeira de rodas pode ser feita sem o auxilio das mãos, através do uso de uma faixa fixada na cabeça. Alguns sensores são fixados nela possibilitando a emissão de um sinal através de contrações musculares. Porém nesta tecnologia é utilizado um computador embarcado na cadeira de rodas para fazer a leitura e a "interpretação" do sinal emitido. Na referida faixa são fixados três sensores para a obtenção do sinal da contração muscular, e cada sensor é responsável pela leitura de um sinal. Assim, os sensores detectam o músculo facial, o músculo dos olhos e os sinais celebrais do seio frontal. Cada sinal gerado pode ser responsável por um controle, por exemplo um sinal gerado fica responsável pelo controle da direção e outro para o controle da velocidade.The EMG-based Hands-Free Wheelchair Control with EOG Attention Shift Detection article presents a solution in which wheelchair control can be done without the aid of hands through the use of a headband. Some sensors are attached to it allowing the emission of a signal through muscle contractions. However, in this technology a wheelchair-embedded computer is used to read and "interpret" the emitted signal. In this range three sensors are fixed to obtain the signal of muscle contraction, and each sensor is responsible for reading a signal. Thus, the sensors detect facial muscle, eye muscle and celestial frontal sinus signals. Each generated signal can be responsible for a control, for example one generated signal is responsible for the direction control and another for the speed control.

Na patente JP 2000084004 A - Eletric Wheelchair - a cadeira de rodas é controlada por um sistema de voz. Um conversor de som detecta um comando de voz feito pelo operador e converte este comando em sinais elétricos para controle dos motores. Porém, este sistema é muito sensível ao ruído ambiente, não sendo muito viável a sua utilização em ambiente que apresenta muito barulho.In JP 2000084004 A - Electric Wheelchair - the wheelchair is controlled by a voice system. A sound converter detects a voice command made by the operator and converts this command into electrical signals for motor control. However, this system is very sensitive to ambient noise and its use in a noisy environment is not very feasible.

Na patente US 6,636,763 Bl- Brain-Body Actuated System - o método inclui a detecção do movimento da sobrancelha, movimento do olhar para direita e esquerda e gestos múltiplos como o piscar dos olhos do usuário. São necessários vários sensores espalhados no rosto do usuário.In US Patent 6,636,763 Bl-Brain-Body Actuated System - the method includes detection of eyebrow movement, right and left eye movement and multiple gestures such as the blink of the user's eye. Several sensors scattered on the user's face are required.

Na patente US 4,767,940 - Electronic Sensing and Control Circuit - seu controle utiliza o movimento da cabeça do usuário para ativar os controles da cadeira de rodas. Placas sensoriais são colocadas na cabeça do usuário da cadeira de rodas. Dessa forma, de acordo com o movimento da cabeça do usuário se tem uma resposta no movimento da cadeira.In US Patent 4,767,940 - Electronic Sensing and Control Circuit - your control utilizes user head movement to activate wheelchair controls. Sensory plates are placed on the wheelchair user's head. Thus, according to the movement of the user's head, there is a response in the movement of the chair.

Na patente US 4,359,724 - Eyelid Movement Detector - o movimento da pálpebra ou da sobrancelha é detectado por três eletrodos, cada um fixado sobre cada sobrancelha e um no seio frontal da testa. Este terceiro eletrodo é considerado como de referencia ou terra. Assim ao realizar uma contração muscular um pequeno sinal elétrico é gerado e lido pelos eletrodos fixados na cabeça do usuário.In US Patent 4,359,724 - Eyelid Movement Detector - eyelid or eyebrow movement is detected by three electrodes, each attached to each eyebrow and one to the frontal sinus of the forehead. This third electrode is considered as reference or ground. Thus when performing a muscle contraction a small electrical signal is generated and read by the electrodes attached to the user's head.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Esta patente trata de um dispositivo assistivo baseado em minúsculas contrações musculares para o uso em uma variedade de aplicações, ou seja, é um equipamento que transforma as contrações musculares em sinais de controle.This patent deals with an assistive device based on tiny muscle contractions for use in a variety of applications, ie it is a device that turns muscle contractions into control signals.

Deste modo, o usuário necessitará utilizar apenas um grupo muscular que possua a capacidade de se contrair voluntariamente, como músculos faciais, queixo ou dedo, valendo-se de um único sensor. Em uma concretização preferida, utiliza-se a musculatura da sobrancelha.Thus, the user will only need to use a muscle group that has the ability to contract voluntarily, such as facial muscles, chin or finger, using a single sensor. In a preferred embodiment, eyebrow musculature is used.

A detecção de contrações musculares é ideal para pessoas com deficiência grave, que tem mantido o controle confiável de pelo menos um grupo muscular.Detecting muscle contractions is ideal for people with severe disabilities who have maintained reliable control of at least one muscle group.

No dispositivo, o sensor capta os sinais relacionados à contração muscular e tais sinais são amplificados e transformados em sinais digitais para serem adquiridos no sistema de controle. Esse sensor é composto por um piezoelétrico que gera uma tensão de acordo com a contração.In the device, the sensor picks up signals related to muscle contraction and these signals are amplified and transformed into digital signals to be acquired in the control system. This sensor is composed of a piezoelectric that generates a voltage according to the contraction.

Em fontes sonoras também se utiliza este sensor, por exemplo, em alarmes e celulares. A tensão elétrica AC gerada é convertida em ondas sonoras por meio das contrações e dilatações do piezoelétrico, de forma análoga, caso este seja submetido a uma compressão ou dilatação, o mesmo retorna a uma tensão elétrica, e essa tensão elétrica é proporcional às suas características construtivas e à compressão ou dilatação aplicada.In sound sources this sensor is also used, for example in alarms and cell phones. The generated AC voltage is converted to sound waves by piezoelectric contractions and dilations, similarly if it is compressed or dilated, it returns to an electrical voltage, and this electrical voltage is proportional to its characteristics. constructive and applied compression or dilation.

O sensor é ligado na testa do usuário com o auxilio de uma faixa (ou similar), porém como foi abordado anteriormente pode ser posicionado e adaptado para cada usuário de acordo com as necessidades particulares; o sinal gerado pelo sensor é recebido pelo sistema de controle; este sistema é implementado em um microcontrolador, assim ele recebe estes dados de entrada, processa-os, controla os motores e os exibe em uma interface de saída.The sensor is attached to the forehead of the user with the aid of a band (or similar), but as discussed earlier can be positioned and adapted for each user according to particular needs; the signal generated by the sensor is received by the control system; This system is implemented in a microcontroller, so it receives this input data, processes it, controls the motors and displays it on an output interface.

A recepção dos dados do usuário ocorre por meio de bordas de subida obtidas após a amplifícação do sinal do piezoelétrico, resultando em um clique. Caso sejam detectadas duas bordas de subida, em um curto intervalo de tempo, é reconhecido como duplo clique. Esta forma de interpretação, um ou dois cliques em função do intervalo de tempo entre interações, é derivada do sistema HaWCoS ("Hands Free Wheelchair Control System") de Felzer e Freisleben (2002). Essa interpretação de um ou dois cliques permite controlar e configurar todo o funcionamento da interface por meio de uma única entrada.User data reception occurs through rising edges obtained after the piezoelectric signal amplification, resulting in a click. If two rising edges are detected in a short time, it is recognized as a double click. This form of interpretation, one or two clicks as a function of the time interval between interactions, is derived from Felzer and Freisleben's (Hands Free Wheelchair Control System) HaWCoS (2002). This one- or two-click interpretation allows you to control and configure all interface operation through a single input.

Logo, a principal vantagem deste equipamento está no fato de, com apenas um sensor, o usuário poder controlar qualquer equipamento que deseja. No caso do protótipo desenvolvido e testado, o usuário, apenas com a diferença de uma contração e duas contrações feitas, por exemplo, pelo levantamento da sobrancelha, pode controlar a sua cadeira de rodas, o mouse de um computador e até digitar um texto sem o auxilio do teclado.Therefore, the main advantage of this equipment is that with only one sensor, the user can control any equipment they want. In the case of the developed and tested prototype, the user, only with the difference of one contraction and two contractions made, for example, by raising the eyebrow, can control his wheelchair, a computer mouse and even type a text without keyboard help.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

A figura 1 demonstra um exemplo de sensor a ser utilizado. Nesta figura é apresentado o sensor utilizado no exemplo, porém este pode ser de vários tamanhos dependendo das necessidades dos usuários. Também podem ser utilizados no equipamento outros tipos de sensores.Figure 1 shows an example of sensor to be used. This figure shows the sensor used in the example, but it can be of various sizes depending on the needs of users. Other types of sensors may also be used on the equipment.

A figura 2 demonstra o esquema do Circuito do Sensor e Amplificador. O sensor piezoelétrico é ligado em um amplificador e o sinal deste amplificado vai para o microcontrolador. Para regular a intensidade do sinal gerado foi utilizado um potenciômetro e, para permitir a visualização dos pulsos gerados pelo sensor, um LED foi adicionado ao sistema. Com este sistema a contração muscular é lida e amplificada para ser identificada no microcontrolador ou em qualquer outro sistema de processamento, por exemplo, um computador.Figure 2 shows the Sensor and Amplifier Circuit diagram. The piezoelectric sensor is connected to an amplifier and the signal from this amplifier goes to the microcontroller. To regulate the intensity of the signal generated a potentiometer was used and to allow the visualization of the pulses generated by the sensor, an LED was added to the system. With this system the muscle contraction is read and amplified to be identified on the microcontroller or any other processing system, for example a computer.

A figura 3 demonstra o esquema completo do equipamento para controle dos motores de uma cadeira de rodas. Todos os componentes eletrônicos necessários bem como suas ligações são mostradas neste esquema como: PIC 16F877A (1); Motores DC de 24V conectado a roda direita e esquerda (2); Regulador de tensão LM7812 e LM7805 (3); Transistores do tipo BC 548 (4); Leds ( vermelho, verde e amarelo) (5); Capacitores 10 uF, 0.1 uF, 22uF (6); Cristal de 4 MHz (7); Reles de 24V (8); Piezelétrico (9); Amplificador LM 2904 (10); Trimpot de 500k (11); Fonte (Baterias de 12V ligadas em série) (12); Botão (13); Resistores lk, 1M, 560k, IOOk, IOk, 470, 220 (14); Diodos 1N4007 e 1N4148 (15); e outras entradas do sistema (16).Figure 3 shows the complete scheme of wheelchair engine control equipment. All necessary electronic components as well as their wiring are shown in this diagram as: PIC 16F877A (1); 24V DC motors connected to right and left wheel (2); LM7812 and LM7805 voltage regulator (3); BC 548 transistors (4); LEDs (red, green and yellow) (5); Capacitors 10uF, 0.1uF, 22uF (6); 4 MHz crystal (7); 24V relays (8); Piezoelectric (9); LM 2904 Amplifier (10); 500k trimpot (11); Source (12V series connected batteries) (12); Button (13); Resistors 1k, 1M, 560k, 100k, 10k, 470, 220 (14); Diodes 1N4007 and 1N4148 (15); and other system inputs (16).

A figura 4 refere-se a interface com o usuário. Através da interface o usuário visualiza a seleção que se encontra. Assim o usuário pode selecionar entre os quatros tipos diferente de movimentos possíveis. O primeiro ciclo é composto por movimento em seguir em frente, direita, frente e esquerda; o segundo é trás, direita, trás e esquerda; o terceiro é frente, esquerda, frente e direita; o quarto é trás, esquerda, trás, direita; e o ultimo é para voltar o comando para o inicial.Figure 4 refers to the user interface. Through the user interface the selection is displayed. Thus the user can select from among the four different types of possible movements. The first cycle consists of moving forward, right, front and left; the second is back, right, back and left; the third is front, left, front and right; the fourth is back, left, back, right; and the last one is to return the command to the initial one.

Estes ciclos são mostrados na última linha da tabela e na linha do meio mostrando qual movimento dentro do ciclo está selecionado. Assim o usuário tem a visualização do comando que será executado. Logo com apenas um clique ele seleciona o comando que deseja ser executado.These cycles are shown in the last row of the table and the middle row showing which movement within the cycle is selected. Thus the user has the visualization of the command that will be executed. With just one click he selects the command he wants to execute.

1- Seleciona tipo de movimentação.1- Select type of movement.

2- Seleção do movimento.2- Selection of the movement.

3- Seleciona Lay-out de comandos de movimento.3- Select Lay-out of motion commands.

4- Seleção de direção de movimentos (apenas no modo com pausa). 5 - Tipo de movimentação (On: Modo com pausa e Off: Modo sem pausa).4- Movement direction selection (paused mode only). 5 - Type of movement (On: Paused mode and Off: Non paused mode).

6 - Controle de movimento.6 - Motion control.

A barra lateral que se encontra os números 1, 2 e 3 são os modos de configurações.The sidebar in the numbers 1, 2 and 3 are the settings modes.

A figura 5 demonstra o funcionamento da Interface. O padrão de um ou dois cliques utiliza: dois cliques para alternar entre o modo de configuração (esquerda, com LED's amarelos) e a configuração selecionada (direita, com LED's vermelhos); e um clique dentro de cada configuração para a seleção. E para sair das caixas demarcadas são necessários apenas dois cliques.Figure 5 demonstrates how the interface works. The one- or two-click pattern uses: two clicks to toggle between the configuration mode (left with yellow LEDs) and the selected setting (right with red LEDs); and one click inside each setting for selection. And leaving the checkboxes takes just two clicks.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Refere-se o presente pedido de Patente de Invenção a um dispositivo assistivo de interface homem-máquina, bem como seu método de leitura e detecção de pequenas contrações musculares, valendo-se de apenas um sensor piezoelétrico (9) para inúmeras funcionalidades. Através da leitura das contrações musculares é possível controlar vários equipamentos como cadeira de rodas motorizadas, computadores, robôs, etc.This patent application relates to an assistive human-machine interface device, as well as its method of reading and detecting small muscle contractions, using only one piezoelectric sensor (9) for numerous functionalities. By reading the muscle contractions it is possible to control various equipment such as motorized wheelchair, computers, robots, etc.

Descrição do Sensor UtilizadoSensor Description Used

O sensor utilizado na leitura das contrações é um piezoelétrico (9). O transdutor piezoelétrico (9) é um cristal ou cerâmica que quando submetido a uma pressão gera um campo elétrico. Eles podem ser encontrados em diversos formatos e quando submetidos a uma deformação mecânica, ou seja, curvar- se, alongar-se ou achatar-se geram cargas elétricas que aparecem em suas faces, logo uma tensão elétrica é produzida.The sensor used for reading contractions is a piezoelectric (9). The piezoelectric transducer (9) is a crystal or ceramic which when subjected to pressure generates an electric field. They can be found in various shapes and when subjected to a mechanical deformation, that is, bending, stretching or flattening generate electric charges that appear on their faces, so an electrical voltage is produced.

• Descrição do sistema de detecção das contrações Basicamente o sistema de detecção das contrações, ou seja, a invenção é composta pelo sistema de leitura da contração e o sistema de controle.• Description of the contraction detection system Basically the contraction detection system, ie the invention is composed of the contraction reading system and the control system.

O sistema de leitura é composto dos seguintes equipamentos: um piezelétrico (9); amplifiçador (10) (por exemplo um LM2904, ou LM324), fonte de energia (12) (preferencialmente a bateria de 5V) ou o mesmo sistema de energia do sistema no qual o equipamento será utilizado regulando a sua tensão para a de trabalho com um regulador de tensão (3) (pode ser utilizado o LM7812 e LM7805) para ter na saída uma tensão de 5V, LEDs (5), resistores (14) e trimpot (11).The reading system consists of the following equipment: a piezoelectric (9); amplifier (10) (for example an LM2904, or LM324), power source (12) (preferably 5V battery) or the same system power system in which the equipment will be used by regulating its voltage to work with a voltage regulator (3) (LM7812 and LM7805 can be used) to output 5V, LEDs (5), resistors (14) and trimpot (11).

Quando o usuário promover uma contração muscular, o transdutor piezoelétrico (9) é deformado gerando assim uma tensão. Essa tensão é ligada em um amplificador operacional (10) para amplificar este sinal gerado. No amplificador (10) o sinal é comparado com a voltagem de trabalho, 0-12V, permitindo assim um aumento do sinal de saída.When the user promotes muscle contraction, the piezoelectric transducer (9) is deformed thus generating a tension. This voltage is turned on in an operational amplifier (10) to amplify this generated signal. In amplifier 10 the signal is compared to the working voltage, 0-12V, thus allowing an increase of the output signal.

Este sinal de saída do amplificador (10) é ligado em um LED (5) para ter uma visualização se está ocorrendo a leitura ao se contrair a musculatura, sendo depois enviado para o sistema de controle. Neste sistema de detecção também se encontram resistores (14) e trimpots (11) para regular a tensão do sistema e também regular a tensão do sensor, ou seja, do transdutor piezoelétrico (9).This output signal from the amplifier (10) is turned on in an LED (5) to have a view if the reading is occurring while contracting the musculature, and then sent to the control system. In this sensing system there are also resistors (14) and trimpots (11) to regulate the system voltage and also to regulate the sensor voltage, that is, the piezoelectric transducer (9).

O sistema de controle é composto por um microcontrolador (1) (preferencialmente PIC 16F877), uma fonte de energia (12) (preferencialmente bateria) podendo ser a mesma utilizada no sistema de leitura ou do sistema que esta sendo acoplado o equipamento. Neste sistema de controle também são necessários alguns componentes já utilizados no sistema de leitura como LEDs (5), resistores (14), cristais (7), capacitores (6) e reles (8).The control system consists of a microcontroller (1) (preferably PIC 16F877), a power source (12) (preferably battery) that can be the same used in the reading system or the system that is being coupled to the equipment. This control system also requires some components already used in the reading system such as LEDs (5), resistors (14), crystals (7), capacitors (6) and relays (8).

Alternativamente, ao invés do sistema de controle ser feito utilizando um microcontrolador (1), este pode ser substituído por qualquer outro equipamento, como um computador ou FPGA (Field Program Gate Array). Assim toda a interface e o algoritmo serão inseridos nele.Alternatively, instead of the control system being made using a microcontroller (1), it can be replaced by any other equipment, such as a computer or Field Program Gate Array (FPGA). Thus the entire interface and the algorithm will be inserted into it.

Assim o sinal da contração amplificado é lido pelo microcontrolador (1) e processado gerando sinais de saídas como, por exemplo, em uma cadeira de rodas sinais para acionar os motores (2). Os sinais de saída também podem ser utilizados para controlar a seta do Windows sem o auxílio do mouse ou para escrever através de um teclado virtual sem o auxilio do mouse ou do teclado.Thus the amplified contraction signal is read by the microcontroller (1) and processed by generating output signals such as in a wheelchair signals to drive the motors (2). The output signals can also be used to control the Windows arrow without the aid of the mouse or to type through a virtual keyboard without the aid of the mouse or keyboard.

Neste sistema de controle também há a interface com o usuário, sendo que com o sinal da contração o usuário controla qual comando deve ser executado. Estes comandos são apresentados com a ajuda de LEDs (5), de acordo com as cores significa um diferente comando ou se ele estiver aceso ou apagado significa que aquela opção está selecionada ou não.In this control system there is also the user interface, and with the contraction signal the user controls which command should be executed. These commands are displayed with the help of LEDs (5), according to the color means a different command or if it is lit or off means that option is selected or not.

Neste sistema também são apresentados capacitores (6) e cristais (7) que são utilizados no clock do microcontrolador (1). No caso de algumas cadeiras de rodas motorizadas, este sistema apresenta também reles (8), que fazem a ponte H para os motores (2), que permitem a mudança de rotação dos mesmos.In this system are also presented capacitors (6) and crystals (7) that are used in the clock of the microcontroller (1). In the case of some motorized wheelchairs, this system also has relays (8), which bridge H to motors (2), which allow them to change their rotation.

• Descrição do método• Method Description

A primeira etapa do funcionamento deste equipamento é a leitura de um sinal de entrada, no caso testado é um sinal gerado por uma contração muscular lida pelo sensor piezoelétrico (9). Esta leitura pode ser feita por outros tipos de sensores como sensores ópticos ou até mesmo este sinal de entrada pode ser gerado através de um botão que o usuário aperte. Dessa forma, com o sinal de entrada lido, ele é amplificado através do amplificador LM2904 ou LM324 (10), ou qualquer outro amplificador operacional que tenha características semelhantes.The first step of the operation of this equipment is the reading of an input signal, in this case it is a signal generated by a muscular contraction read by the piezoelectric sensor (9). This reading can be done by other types of sensors such as optical sensors or even this input signal can be generated through a push button. Thus, with the input signal read, it is amplified through the LM2904 or LM324 amplifier (10), or any other operational amplifier that has similar characteristics.

Depois do sinal de entrada ser amplificado este sinal vai para o sistema de controle. Este sistema de controle é composto por um microcontrolador (1) (preferencialmente PIC 16F877). Para fazer a alimentação de 5 V do microcontrolador (1) foi utilizado um regulador de tensão (3) onde na entrada tem-se 5V a 24V e na saída se obtém 5V, para isso foram usados os componentes de amplificação de sinal (preferencialmente LM7812 e LM7805). Neste circuito também pode ser usado um resistor (14) para cair a tensão e o amplificador LM780 (3) somente.After the input signal is amplified this signal goes to the control system. This control system consists of a microcontroller (1) (preferably PIC 16F877). To make the 5 V power supply of the microcontroller (1) a voltage regulator (3) was used where the input has 5V to 24V and the output is 5V, for this the signal amplification components (preferably LM7812) were used. and LM7805). In this circuit a resistor (14) can also be used to drop the voltage and the LM780 amplifier (3) only.

O PIC (1) pode ser substituído por qualquer outro microcontrolador que tenha a mesma capacidade de processamento ou até mesmo por um FPGA ou um computador embarcado. Esse sistema tem a função de interpretar os valores de entrada è gerar saídas conforme as entradas. Assim com as entradas processadas o sinal de saída do PIC (1) vai para os reles (8) que ligam os motores (2). Logo, de acordo com os comandos lidos pelo sensor (9), os. motores (2) terão comportamentos diferentes. Este sinal de saída pode ser ligado na entrada de áudio de um computador para controlar os comandos que seriam dados pelo mouse ou pelo teclado.The PIC (1) can be replaced by any other microcontroller that has the same processing power or even an FPGA or an embedded computer. This system has the function of interpreting the input values and generating outputs according to the inputs. Thus with the processed inputs the output signal from the PIC (1) goes to the relays (8) that connect the motors (2). Therefore, according to the commands read by the sensor (9), the. engines (2) will behave differently. This output signal can be turned on at a computer's audio input to control commands that would be given by the mouse or keyboard.

Os sinais de entrada e saída do microcontrolador (1) são mostrados constantemente para os usuários através de uma interface.Microcontroller input and output signals (1) are constantly displayed to users via an interface.

A interface desenvolvida inicialmente por LEDs (5) de cores diferentes mostra o ciclo escolhido pelo usuário e qual posição dentro do ciclo que se encontra. E dessa forma que o sistema se movimenta, ou seja, vai passando por cada ciclo, quando está no ciclo que o usuário deseja ele necessita dar apenas um clique para escolher, e para retornar é só dar dois cliques. Esta mesma interface pode ser mostrada por display ou telas LCD e sensíveis ao toque. • Exemplos de uso do equipamentoThe interface initially developed by LEDs (5) of different colors shows the cycle chosen by the user and which position within the current cycle. And as the system moves, that is, it goes through each cycle, when it is in the cycle that the user wants it needs to give just one click to choose, and to return just give two clicks. This same interface can be shown by LCD display or touch screens. • Examples of equipment use

Alguns exemplos básicos do uso deste equipamento são em cadeira de rodas motorizadas e em computadores.Some basic examples of using this equipment are in motorized wheelchairs and computers.

Na cadeira de rodas motorizada este equipamento substitui o joystick, geralmente utilizado para controlar o movimento destas cadeiras. Com o presente sistema, o usuário pode usá-lo, por exemplo, na testa em que com o movimento da sobrancelha é possível de se controlar a cadeira de rodas.In motorized wheelchairs this equipment replaces the joystick, generally used to control the movement of these chairs. With the present system, the user can use it, for example, on the forehead where with the movement of the eyebrow it is possible to control the wheelchair.

Logo com a interface desenvolvida de ciclos e da diferença entre um clique e dois clique o usuário pode escolher o movimento no qual deseja que a cadeira de rodas faça. Por exemplo, quando o usuário quer que a cadeira siga em frente através de um clique ele escolhe a seta na qual indique a direção "frente" assim um sinal é enviado para os motores ligando-os fazendo com que a cadeira de rodas ande para frente.With the developed interface of cycles and the difference between one click and two click the user can choose the movement in which he wants the wheelchair to make. For example, when the user wants the chair to move forward with a click, he chooses the arrow that indicates the "forward" direction so a signal is sent to the engines turning them on causing the wheelchair to move forward. .

Ao ser utilizado no computador este equipamento pode substituir o mouse ou teclado, permitindo assim que o usuário movimente a seta do Windows e até digite algum texto sem o auxilio das mãos. O clique do Windows para selecionar uma função ou abrir algum programa é substituído por duas contrações musculares seguidas, duplo clique, e a posição que o usuário deseja que a seta fique é controlada por uma contração muscular. A mesma idéia da variação entre um e dois cliques é usado na digitação quando a seta estiver na letra desejada no teclado virtual o usuário dá dois cliques digitando a letra permitindo assim a digitação de um texto.When used on the computer this equipment can replace the mouse or keyboard, thus allowing the user to move the Windows arrow and even type some text without the help of his hands. Windows click to select a function or open a program is replaced by two twitches in a row, double click, and the position the user wants the arrow to stay in is controlled by a twitch. The same idea of variation between one and two clicks is used in typing when the arrow is on the desired letter on the virtual keyboard the user gives two clicks typing the letter thus allowing the typing of a text.

Claims

1. Assistive human-machine interface device, characterized in that it comprises: - a detection system consisting of a single sensor (9), an amplifier (10), a power source (12), a voltage regulator ( 3), LEDs (5), resistors (14) and trimpots (11); and - a control system consisting of a microcontroller (1), a power source (12), LEDs (5), resistors (14), crystals (7), capacitors (6) and relays (8).

Device according to Claim 1, characterized in that the sensor (9) is a piezoelectric sensor, a button or a switch.

Device according to Claim 2, characterized in that the sensor (9) is preferably a piezoelectric sensor.

Device according to Claim 1, characterized in that the amplifier (10) is selected from the LM2904 and LM324 models.

Device according to Claim 1, characterized in that the power source (12) is a 24 volt battery.

Device according to Claim 1, characterized in that the voltage regulator (3) is selected from models LM7812 and LM7805.

Device according to Claim 1, characterized in that the control system may be replaced by an embedded computer or an FPGA.

Device according to Claim 1, characterized in that the microcontroller (1) is of model PIC16F877A.

Method of human-machine interaction using the device described in claim 1, characterized in that it takes place through the following steps: reading an input signal generated by a muscle contraction and read by the sensor (9); - signal amplification through the amplifier (10); - sending the signal to the control system; - signal processing by the microcontroller (1); - sending the output signal to the relays (8); and - motor activation (2) by relays (8).

Equipment, characterized by the fact that it is controlled by the assistive human-machine interface device as defined in claims 1 to 9.

Equipment according to claim 10, characterized in that it is a motorized wheelchair, a mouse, a virtual keyboard or a robot.