IT201800005195A1 - Dispositivo di controllo remoto di un dispositivo elettronico. - Google Patents
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Description
“Dispositivo di controllo remoto di un dispositivo elettronico”
DESCRIZIONE
CAMPO TECNICO
La presente invenzione si riferisce al settore dei dispostivi di controllo remoto di dispostivi elettronici. In particolare, la presente invenzione di riferisce ai dispositivi di controllo associabili al corpo dell’utente (in particolare, indossabili).
STATO DELL'ARTE
Sono noti dispostivi di interfaccia uomo macchina, indossabili dall’utente, di varia tipologia. Il documento US20016162022 descrive un dispositivo di tipo a guanto da utilizzare per il controllo di un dispositivo elettronico sulla base dei gesti effettuati dall’utente che indossa il guanto.
Anche il documento CN106445130 descrive un dispositivo del tipo a guanto, adatto al riconoscimento di gesti e impiegante un giroscopio triassico, un accelerometro triassico e un sensore magnetico triassico.
Il documento CN203552178 descrive un dispositivo di riconoscimento dei movimenti della mano di tipo a braccialetto.
SOMMARIO DELL’INVENZIONE
La Richiedente ha notato che i dispositivi di controllo di tipo indossabile dell’arte nota risultano complessi e non sufficientemente adattabili a diversi possibili utilizzi.
La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di controllo come definito dalla rivendicazione 1 e da sue forme di realizzazione preferenziali come definite dalle rivendicazioni 2-8.
Forma oggetto della presente invenzione anche un apparato elettronico come descritto dalla rivendicazione 9 e da una sua forma di realizzazione particolare definita dalla rivendicazione 10.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione viene qui di seguito dettagliatamente descritta, a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento agli allegati disegni, nei quali:
- la figura 1 mostra un esempio di un dispositivo di controllo con sagoma ad U;
- la figura 2 mostra il dispositivo di controllo indossata da una mano di un utente;
- la figura 3 mostra schematicamente un apparato elettronico comprendente detto dispositivo di controllo e almeno un dispositivo elettronico da controllare;
- la figura 4 mostra un esempio di architettura software del dispositivo di controllo;
- la figura 5 mostra uno schema a blocchi di un algoritmo di elaborazione di parametri forniti da sensori;
- la figura 6 mostra il dispositivo di controllo e indica gli assi per la valutazione degli angoli di Eulero;
- la figura 7 mostra un diagramma di flusso esemplificativo per la rivelazione di un movimento della mano che indossa il dispositivi di controllo di tipo swipe verticale;
- la figura 8 mostra un altro diagramma di flusso esemplificativo per la rivelazione di un movimento della mano che indossa il dispositivo di controllo di tipo swipe orizzontale;
- la figura 9 mostra gli andamenti dell’accelerazione misurata della mano che indossa il dispositivo di controllo quando è compiuta una traslazione in avanti ed indietro, sul piano orizzontale;
- La figura 10 mostra possibili movimentazioni di un robot antropomorfo comandante dal dispositivo di controllo.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Mentre l’invenzione è suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione particolari sono mostrate nei disegni e saranno descritte qui di seguito in dettaglio. Nella presente descrizione, elementi o componenti analoghi o identici saranno indicati nelle figure con lo stesso simbolo identificativo.
La figura 1 mostra una forma di attuazione di un dispositivo di controllo 100 adatto al controllo di un dispositivo elettronico esterno (non mostrato in figura 1). Il dispositivo di controllo 100 comprende una struttura di supporto 101 (cioè, un contenitore) avente una forma di tipo ad U e tale da risultare indossabile da un utilizzatore mediante applicazione alla mano 200 dello stesso (figura 2). Con il termine di forma ad U si intendono anche forme simili quali per esempio a C o a V o in generale forme sostanzialmente ad U.
La struttura di supporto 101 comprende una prima porzione 102 atta ad essere associata al palmo della mano 200 ed una seconda porzione 103 atta ad essere associata al dorso della mano 200. Una porzione di raccordo 104 (ricurva) è interposta fra la prima 102 e la seconda 103 porzione ed è atta ad essere posizionata fra l’indice e il pollice della mano 200, come mostrato in figura 2.
Secondo un esempio particolare, la struttura di supporto 101 presenta una un guscio esterno 105 che può essere realizzato in plastica (relativamente rigida quale, per esempio, ABS, Acrilonitrile-Butadiene-Stirene) e una zona interna 106, realizzata in materiale relativamente morbido. Il guscio esterno 105 può essere dimensionato in modo che la struttura di supporto 101 possa cedere elasticamente quando posta sulla mano 200 e in modo da esercitare sulla mano stessa un opportuna forza di presa. La zona interna 106 può essere realizzata, vantaggiosamente, mediante un materiale che presenta unȂopportuna rugosità in modo da evitare lo scivolamento della struttura di supporto 101 dalla mano 200.
La figura 3 mostra schematicamente alcuni moduli elettronici del dispositivo di controllo 100, integrati nella struttura di supporto 101. Il dispositivo di controllo 100 include un modulo di misura e controllo 300 provvisto di un modulo sensori 350 atto a fornire segnali di misura corrispondenti a parametri (ACC, GYR, MAG) rappresentativi di orientamenti e/o movimentazioni assunti/effettuate dal dispositivo di controllo 100 quando indossato dalla mano 200.
Il modulo di misura e controllo 300 comprende inoltre un modulo di processamento e rivelazione 310 collegato al modulo sensori 350 per riceverne i parametri misurati e rivelare specifici eventi associati ad orientamenti e/o gesti della mano 200, quando indossa il dispositivo di controllo 100. Preferibilmente, il modulo di misura e controllo 300 è un microprocessore (µP) del tipo, per esempio, a 32bit con una memoria flash a 512 Kb e con una frequenza di clock pari a 32 Mhz.
Secondo un particolare esempio, il modulo sensori 350 comprende almeno due dei seguenti sensori: un accelerometro triassiale 302, un sensore giroscopico triassiale 303 (GYR) e un magnetometro triassiale 304 (MAG). Preferibilmente, sono compresi tutti e tre i tipi di sensori sopra elencati.
L'accelerometro triassiale 301 è in grado di fornire segnali indicativi della misura dell'accelerazione ACC del dispositivo di controllo 100 lungo tre assi di riferimento. Il sensore giroscopico (o giroscopico) triassiale 302 è tale da fornire segnali indicativi della misura della velocità angolare di rotazione (GYR) intorno ad un asse del dispositivo di controllo 100. Il magnetometro 303 (o sensore geomagnetico) fornisce segnali relativi alla misura del campo magnetico terreste (MAG) utili per ricavare l'orientamento del dispositivo di controllo 100.
Inoltre, il dispositivo di controllo 100 è dotato di un pannello di interfaccia 304 di tipo tattile (TOUCH-SCR) collegato al modulo di processamento e rivelazione 310. Come visibile dalle figura 1 e 2 il pannello di interfaccia 304 è disposto nella prima porzione 102 della struttura di supporto 101 (così da trovarsi in corrispondenza del palmo della mano) per essere raggiungibile da almeno un dito della mano 200 dell’utente, in modo che questi possa fornire segnali di scelta US-S al modulo di misura e controllo 300.
Il pannello di interfaccia 304 può essere realizzato in diverse tecnologie e può essere, per esempio, un pannello capacitivo in cui si individuano uno o più aree sensibili 305, corrispondenti a diversi segnali di scelta. Secondo la forma di realizzazione di figura 1, sono disponibili quattro diverse aree sensibili indicate in figura con i numeri 1-4. Il pannello di interfaccia 304 può, alternativamente, essere realizzato mediante una tastiera a membrana.
Inoltre, il dispositivo di controllo 100 è anche dotato di un modulo di comunicazione senza fili 400 atto a trasmettere segnali eventi SEV, rappresentativi di eventi rivelati, verso almeno un dispositivo elettronico da controllare 500 (figura 3). Per esempio, il modulo di comunicazione 400 opera secondo la tecnologia Bluetooth e, in particolare, secondo la tecnologia Bluetooth a bassa energia. La figura 3 mostra pertanto un apparato elettronico 100 comprendente il dispositivo di controllo 100 e il dispositivo elettronico da controllare 500.
Secondo una forma di attuazione particolare, il dispositivo di controllo 100 comprende almeno uno dei seguenti sensori addizionali: un sensore di temperatura 306 (T) e un sensore di pressione atmosferica 307 (P). Inoltre, il dispositivo di controllo 100 è vantaggiosamente dotato di una batteria ricaricabile 308 (BATT), quale ad esempio, una batteria a ioni di litio (per esempio, 155 mA). Il dispositivo di controllo 100 può essere dotato di un circuito di ricarica per la batteria 308 che consenta la ricarica mediante un connettore USB standard. Inoltre, il dispositivo di controllo 100 può comprendere, secondo un particolare esempio, anche un microfono 309 (MICPH) collegato al modulo di misura e controllo 300.
Si noti che il dispositivo di controllo 100 presenta, vantaggiosamente, una piattaforma hardware che supporta l'ambiente di sviluppo Arduino.
Inoltre, il dispositivo di controllo 100 può essere impiegato per controllare dispostivi di tipo diverso come, per esempio, un computer 501 e/o uno smartphone 502, rappresentati schematicamente in figura 3. È anche possibile utilizzare dispositivo di controllo 100 con occhiali per realtà aumentata e realtà virtuale.
La Figura 4 mostra, schematicamente, un esempio dell’architettura del software installato sul dispositivo di controllo 100 ed eseguibile dal modulo di processamento e rivelazione 310. Un modulo core 600 è responsabile della gestione del modulo sensori 350 ed è tale da effettuare il processamento che, sulla base dei parametri forniti dal modulo sensori 350 rivela particolari eventi EVNT correlati a particolari orientamenti ORN assunti dalla mano 200 e/o a particolari gesti GEST effettuati della mano 200. Si osservi che il modulo core 600 è tale da effettuare un polling dei segnali provenienti dal modulo sesnori 350.
In particolare, il modulo core 600 comprende un modulo di elaborazione parametri sensori 601 (SFA) configurato per elaborare i parametri forniti dal modulo sensori 350 e fornire valori che esprimono orientamenti assunti dal dispositivo di controllo 100 e/o movimentazioni del dispositivo di controllo 100. Inoltre, modulo core 600 comprende un modulo di rivelazione gesti 602 configurato per riconoscere particolari gesti GEST effettuati dalla mano 200 quando munita del dispositivo di controllo 100, sulla base dei parametri ricevuti modulo sensori 350. Il modulo core 600 è anche configurato per gestire quegloi eventi associati ai segnali di scelta US-S, provenienti dal pannello di interfaccia 304 e conseguenti all’azione delle dita della mano 200 sul pannello stesso. Inoltre, il modulo core 600 è configurato per gestire la trasmissione degli eventi rivelati verso il dispositvo controllato 500-502 tramite il modulo di comuniczione 400.
La figura 4 mostra anche un modulo software di interfaccia della comunicazione senza fili 603 (BI), per esempio, unȁinterfaccia Bluetooth e un modulo software driver della comunicazione senza fili 604 (BD), quale, secondo l'esempio, un Bluetooth driver. Sono inoltre mostrati un modulo software interfaccia sensori 605 (SI) e un modulo software driver sensori 606 (SD).
In particolare, il modulo di elaborazione parametri sensori 601 implementa un algoritmo di Fusione Sensori (in inglese: Sensor Fusion) tale da elaborare le misure fornite dall'accelerometro triassiale 302, dal giroscopio triassiale 303 e dal magnetometro triassiale 304 e fornire le informazioni relative all’orientamento ORN, quali quaternioni e/o angoli di Eulero. Come noto al tecnico del settore, i quaternioni forniscano una notazione matematica conveniente per rappresentare orientamenti e rotazioni di corpi rigidi. Analogamente, gli angoli di Eulero permettono di rappresentare l’orientamento di un corpo rigido nello spazio. Mutuando la terminologia del settore nautico o aeronautico, gli angoli di Eulero sono: angolo di rollio, angolo di beccheggio e angolo di imbardata. L’algoritmo di Sensor Fusion utilizzato può essere di tipo noto.
Il modulo di rivelazione gesti 602 implementa degli algoritmi tali da riconoscere particolari gesti GEST effettuati dalla mano 200 associata al dispositivo di controllo 100, sulla base dei parametri ricevuti dal modulo sensori 350 e/o delle informazioni relative all’orientamento ORN fornite dal modulo di elaborazione parametri sensori 601.
È inoltre previsto, vantaggiosamente, un modulo di personalizzazione utente 607 (CUST-MOD) che permette ad un utente di riprogrammare il dispositivo di controllo 100 per selezionare e/o modificare alcune modalità operative del dispositivo stesso. In particolare, il modulo di personalizzazione utente 607 consente all'utente di selezionare specifici tipologie di eventi EVNT fra tutte quelle rivelabili dal dispositivo di controllo 100, ai fini dell'impiego in una particolare applicazione. Inoltre, il modulo di personalizzazione utente 607 può essere impiegato per definire eventi addizionali EVNT<1 >funzionali ad un’altra applicazione, a partire per esempio, dagli eventi EVNT precedentemente definiti e/o dai parametri forniti dal modulo sensori 350.
Per esempio, tramite il modulo di personalizzazione utente 607, l’utente può scegliere di utilizzare (ai fini dell’invio al dispositivo controllato 500-502) solo alcuni dei parametri forniti dal modulo sensori 350 e/o solo alcuni degli eventi EVNT rivelabili modulo di processamento e rivelazione 310. Il modulo di personalizzazione utente 607 permette anche di definire gli eventi addizionali EVNT1 per esmpio, come combinazioni o seguenze di poarricolari orientamenti ORN, gesti GEST, segnali di scelta utente US-S e/o di eventi rivelati.
Vantaggiosamente, il modulo di personalizzazione utente 607, che permette la programmabilità, è un modulo realizzato secondo l’ambiente di sviluppo integrato di Arduino. Il modulo core 600 è anche configurato per effettuare le “chiamate” al modulo di personalizzazione utente 607.
Inoltre, l’architettura software schematizzata in figura 4 mostra un modulo libreria 608 (LIBR) (preferibilmente, una libreria di Arduino) che permette un accesso a:
- dati grezzi provenienti dal modulo sensori 350;
- dati complessi quali i quaternioni o gli angoli di Eulero;
- segnali di scelta utente US-S provenienti dal pannello di interfaccia 304;
- stato della batteria 308;
- gestione del modulo di interfaccia senza fili 400 per interagire con altri moduli di comunicazione presenti nei dispositivi da controllare 500-502.
Preferibilmente, il modulo libreria 608 contiene inoltre funzioni predisposte all’implementazione della rivelazione di eventi prefissati EVNT relativi a particolari gesti GEST effettuati dalla mano 200 oppure a particolari orientamenti assunti dalla mano 200.
La figura 5 mostra, sottoforma di uno schema a blocchi, una particolare forma di attuazione di un algoritmo implentato dal modulo di elaborazione parametri 601. Secondo questo esempioi, ciascun prametro misurato ACC, GYR, MAG uscente, rispettivamente, dall’accelerometro 301, dal giroscopio 302 e dal magnetometro 303 è fornito ad un relativo filtro parmetrico passa basso LPF1, LPF2 e LPF3, allo scopo di rendere stabile l’uscita dell’algoritmo. Vantaggiosamente, il segnale GYR fornito dal giroscopio 302 è sottoposto alla rimozione dell’offset da un relativo blocco 609 (OFF-S-R). I segnali filtrati uscenti dai filtri passa basso LPF1, LPF2 ed LPF3 sono quindi forniti ad un blocco di Sensor Fusion 610 (SF-BK) che opera, per esempio, sulla base di un filtro di Kalman. Il blocco di Sensor Fusion 610 restituisce i valori correnti di quaternioni Q e/o di angoli di Eulero EU.
La figura 6 mostra il dispositvo di controllo 100 e i relativi angoli di Eulero che ne descrivono l’orientamento: angolo di rollio (in inglese, roll) intorno all’asse X, angolo di beccheggio (in inglese, pitch) intorno all’asse Y, angolo di imbardata (in inglese, yaw) intorno all’asse Z.
In particolare, per il segnale GYR fornito dal giroscopio 302 è effettuata una procedura di calibrazione che può essere gestita, per esempio, dalla libreria 608. Tale procedura di calibrazione dura, per esempio, 10 secondi durante i quali il dispositivo di controllo 100 è lasciato in una posizione stabile. Le misure provenienti dai tre assi del giroscopio 302 vengono raccolti e, al termine del periodo di 10 secondi, essi sono mediati per ogni asse. Questo risultato è memorizzato in una memoria non volatile del modulo di processamento e rivelazione 310 ed è utilizzato come valore di offset dal blocco di rimozione dell’offset 609: ad ogni valore fornito dal giroscopio 302 viene sottratto il valore di offset. Tale procedura di calibrazione può ridurre significativamente il problema della deriva (in inglese, drift) dell’uscita dal blocco Sensor Fusion 610.
Il modulo di rivelazione gesti 602 utilizza, per esempio, i quaternioni e/o gli angoli di Eulero forniti dal modulo di elaborazione parametri sensori 601 e/o i parametri misurati dal modulo sensore 350 per rivelare se sono stati compiuti alcuni specifici gesti GEST, associati ad un evento EVNT. In particolare, l’evento EVNT rivelato, in accordo con la programmazione del modulo di personalizzazione 607, potrà essere utilizzato ai fini del controllo del dispositivo da controllare 500-502.
In merito ai gesti, possono essere rivelati dei movimenti oscillatori della mano 200 (qui chiamati anche movimenti swipe) secondo i quali la mano 200 viene ruotata in un verso per poi essere ruotata nel verso opposto. La rivelazione di questi movimenti swipe è effettuata, per esempio, secondo le seguenti fasi:
a) confrontare con un valore di soglia un primo valore corrente di un angolo di Eulero che esprime un’orientazione assunta dal dispositivo di controllo 100;
b) attivare un conteggio del tempo se è rivelata una prima rotazione della mano 200 in un primo verso, sulla base della fase a);
c) confrontare un secondo valore corrente dell’angolo di Eulero che esprime un’altra orientazione assunta dal dispositivo di controllo 100 con il valore di soglia;
d) riconoscere un evento di swipe se il conteggio del tempo non ha raggiunto una soglia di tempo prestabilita e se la fase di confrontare il secondo valore corrente dell’angolo di Eulero ha rivelato una seconda rotazione della mano in una secondo verso opposto al primo verso. Per esempio, l’intervallo di tempo fra le due rotazioni opposte è del compreso fra 0,5 - 1, 5 secondi.
La figura 7 si riferisce (mediante un diagramma di flusso) ad un esempio di un metodo di funzionamento del dispositivo di controllo 100 corrispondente ad un algoritmo di rivelazione gesti 700 implementato nel modulo di rivelazione gesti 602. L’algoritmo di rivelazione gesti 700 è relativo alla rivelazione di un movimento di oscillazione verticale della mano 200 (vertical swipe) definito come una rapida oscillazione verticale (lungo l’asse verticale V) della mano da una normale posizione orizzontale (asse orizzontale O) verso l’alto o verso il basso e relativo ritorno. L’algoritmo di rivelazione gesti 700 è basato sull’angolo di beccheggio (in inglese, pitch).
Nel diagramma di figura 7 è mostrata una fase iniziale 701 in cui viene indicata l’assenza di stato iniziale (NONE). Dopo una fase di lettura dello stato 702, nel caso in cui sia riconosciuto lo stato IDLE (stato inattivo), il metodo passa ad una prima fase di valutazione dell’orientamento 703 in cui il metodo verifica se l’angolo di rollio e l’angolo di beccheggio misurati siano inferiori ad una relativa soglia. La valutazione dell’orientamento 703 permette di indicare se la mano 20 sia inizialmente in posizione pressoché orizzontale. In caso negativo, il metodo 700 valuta, in una prima fase di valutazione del beccheggio 704, se l’angolo di beccheggio sia maggiore di una determinata soglia. In caso affermativo, viene attivato un timer (fase 705) e viene riconosciuta un’iniziale rotazione della mano in senso verticale (per esempio, verso il basso) portando al riconoscimento dello stato ROTAZIONE (fase 706).
Si ritorna quindi nella fase di lettura dello stato 702 in cui viene letto lo stato ROTAZIONE e quindi il metodo valuta (fase 707) il valore di conteggio del tempo rispetto ad un valore prefissato. Nel caso in cui si sia raggiunto il valore di tempo prefissato, non viene riconosciuto il movimento di swipe verticale e lo stato è riportato al valore NONE (nessuno stato riconosciuto, fase 708). Invece, quando il valore prefissato del tempo non è raggiunto il metodo passa ad una seconda fase di valutazione del beccheggio 709 in cui il metodo valuta se l’angolo di beccheggio è minore della soglia: in caso affermativo il metodo 700 riconosce che la mano 200 è stata inclinata in verso opposto al precedente. Viene quindi rivelato un evento (fase 710) e lo stato è riportato al valore IDLE (fase 711).
Si noti inoltre che se nella prima fase di valutazione dell’orientamento 703 il metodo rivela che gli angoli di rollio e beccheggio sono minori delle soglie, si rimane nello stato IDLE (fase 712) in quanto la mano 200 non risulta inclinata. Nel caso in cui nella fase di lettura dello stato 702 si individui lo stato NONE, il metodo passa in una seconda fase di valutazione dell’orientamento 713 in cui si verifica se gli angoli di rollio e beccheggio siano inferiori alle soglie e, in caso negativo, il metodo ritorna alla fase di lettura dello stato 702 mentre, in caso positivo, viene fissato lo stato IDLE (fase 714), per poi ritornare alla fase di lettura dello stato 702.
La figura 8 si riferisce (mediante un ulteriore diagramma di flusso) ad un esempio di un algoritmo di rivelazione gesti 800 relativo alla rivelazione di una oscillazione orizzontale (orizontal swipe) della mano 200 definita come una rapida oscillazione sul piano orizzontale da destra a sinistra e viceversa della mano posta in posizione di taglio (cioè con il palmo in posizione verticale). In questo caso il metodo 800 è basato sulla valutazione dell’angolo di imbardata.
Il metodo di rivelazione 800 comprende una fase iniziale 801 in cui viene considerata la mancanza di uno stato definito (NONE). In una successiva fase di lettura dello stato di taglio 802, se si rivela la posizione di taglio (EDGE) il metodo passa alla fase di lettura dello stato di rotazione 803. Se, con riguardo alla rotazione, ci si trova nello stato IDLE il metodo 800 passa ad una prima fase di valutazione dell’angolo di imbardata 804 in cui il metodo valuta se la differenza fra un angolo di imbardata corrente yaw e un angolo di imbardata di riferimento yawRef è maggiore dell’angolo di imbardata di riferimento yawRef: yaw – yawRef > yawRef. In caso negativo, lo stato ritorna al valore IDLE (fase 805); in caso positivo viene attivato un timer (fase 806) e viene riconosciuta una iniziale rotazione della mano nella modalità ricercata, portando al riconoscimento dello stato ROTAZIONE (fase 807). Il valore di riferimento yawRef è quello di un’eventuale imbardata iniziale della mano 200.
Il metodo 800 ritorna quindi nella fase di lettura dello stato 803 e se viene rivelato lo stato ROTAZIONE, il metodo confronta (fase 808) il valore di conteggio del tempo con un valore prefissato. Nel caso in cui si sia raggiunto il valore di tempo prefissato, non viene riconosciuto il movimento di swipe orizzontale e lo stato è riportato al valore NONE (nessuno stato riconosciuto, fase 809). Invece, quando il valore prefissato del tempo non è raggiunto, il metodo passa ad una seconda fase di valutazione dell’imbardata 810 in cui il metodo valuta se la differenza yaw – yawRef sia minore di un valore di soglia (treshold): in caso affermativo si è riconosciuto che la mano 200 è stata ruotata in senso opposto. Ciò permette riconoscere l’avvenuto swipe orizzontale. Viene quindi rivelato un evento (fase 811) e lo stato è riportato al valore IDLE (fase 812).
Si noti inoltre che se nella fase di lettura dello stato di rotazione 803 si riscontra lo stato NONE il metodo passa ad una terza fase di valutazione dell’imbardata 815 nella quale si verifica se la differenza yaw – yawRef sia minore del valore di soglia (treshold). In caso negativo, il metodo passa ad una fase di valutazione del rollio e del beccheggio 813 in cui il metodo verifica se l’angolo di rollio sia maggiore di un angolo di soglia e se (simultaneamente) l’angolo di beccheggio sia minore di un corrispondente valore di soglia. In caso negativo, il metodo procede fissando lo stato di taglio assente (fase 814, NONE) mentre, in caso affermativo, dalla fase 813 si ritorna alla fase di lettura dello stato di taglio 802. Dalla terza fase di valutazione dell’imbardata 815, in caso di valutazione positiva, il metodo assegna allo stato il valore IDLE (fase 816) in quanto non è stata riscontrata la rotazione ricercata della mano 200.
Ritornando alla fase di lettura dello stato di taglio 802, se il metodo non rivela la posizione di taglio (NONE) assunta dalla mano 200, viene raggiunta una fase di valutazione dell’orientamento 817 in cui il metodo valuta se l’angolo di rollio sia maggiore di una soglia e se l’angolo di beccheggio sia minore di una relativa soglia. In caso negativo, il metodo si porta alla fase di lettura dello stato di taglio 802. Mentre, in caso positivo, viene riconosciuta la posizione di taglio della mano 200 e lo stato di taglio viene modificato di conseguenza assumendo il valore EDGE (fase 818). Lo stato relativo al movimento è portato al valore IDLE (fase 819) e il valore dell’imbardata di riferimento yawRef è posto uguale al valore corrente yaw (fase 820). Dalla fase 820, il metodo del diagramma di flusso 800 ritorna alla fase di lettura dello stato di taglio 802.
Uno degli algoritmi di rivelazione implementati nel modulo di rivelazione gesti 602 riguarda la rivelazione di un movimento orizzontale (traslazione) della mano 200 secondo il quale la mano è mossa sul piano orizzontale, in avanti e indietro (o viceversa). Per la rivelazione di questo movimento viene valutato l’andamento dell’accelerazione ACC lungo l’asse orizzontale. La figura 9a mostra un esempio dell’andamento dell’accelerazione della mano 200 in un movimento in avanti e la figura 9b si riferisce al movimento di ritorno. Secondo il metodo relativo a questa rivelazione, quando viene riconosciuto un andamento mostrato in figura 9, il modulo core 600 determina lo spazio coperto dalla mano 200, effettuando una doppia integrazione dell’accelerazione. Preferibilmente, allo scopo di ridurre il problema dell’errore di integrazione dovuto all’offset di accelerazione, l’integrazione viene effettuata solo sull’intervallo di tempo in cui è rivelato il movimento.
Un altro tipo di gesto che può essere rivelato dal dispositivo di controllo 100 è un movimento verticale della mano 200 la quale si alza e si abbassa. Questo movimento è rivelato in modo analogo a quanto descritto con riferimento alla figura 9, a meno del fatto che l’accelerazione monitorata è quella lungo l’asse verticale.
Inoltre, possono essere rivelati i seguenti eventi EVNT relativi a movimenti di rotazione della mano 200 che indossa il dispositivo di controllo 100:
- rotazione di rollio : un rapido cambio dell’angolo di rollio e relativo ritorno ;
- rotazione di imbardata : un rapido cambio dell’angolo di imbardata e relativo ritorno, sul piano orizzontale.
Ulteriori eventi che possono essere rivelati dal dispositivo di controllo 100 sono:
- caduta libera ;
- inclinazione (per qualsiasi angolo di Eulero)
- pressione su ciascuna delle aree del panello di interfaccia 304 : per esempio, sono disponibili quattro aree che operano come quattro pulsanti indipendenti.
Riepilogando, secondo una particolare forma di attuazione, il dispositivo di controllo 100 è in grado di rivelare almeno uno dei seguenti eventi EVNT: A) Gesti:
- Swipe verticale;
- Swipe orizzontale;
- Movimento verticale;
- Movimento orizzontale;
- Rotazione di rollio;
- Rotazione di imbardata
- Rotazione di beccheggio;
- Caduta libera;
- Inclinazione lungo ciascun asse;
- Uno o più eventi di attivazione di pulsanti (ad esempio, quattro pulsanti).
B) Stati assunti:
- Orientazione corrente (quaternioni/angoli di Eulero)
- Stato inerziale corrente (valori forniti dal giroscopio 302 e dall’accelerometro 301);
- Valore corrente assunto dal magnetometro 303;
- Valore di temperatura;
- Valore di pressione barometrica;
- Livello di carica della batteria 308;
- Stato di carica della batteria 308.
Gli eventi EVNT di interesse rivelati (orientamenti ORN, gesti GEST e/o segnali di scelta utente US-S) sono segnalati, mediante il modulo di interfaccia senza fili 400 che trasmette i segnali eventi SEV, al dispositivo elettronico da controllare 500 (figura 3). Il dispositivo elettronico 500 comprende un ulteriore modulo di interfaccia senza fili 504 (COMM) adatto a ricevere i segnali eventi SEV e un modulo di processamento 505 (PRC).
Inoltre, il modulo di processamento 505 coopera con un modulo di decodifica eventi 506 (EV-DEC) il quale associa a ciascun evento EVNT di interesse un particolare comando CMD relativo ad una applicazione o funzione del dispositivo elettronico da controllare 500. Il dispositivo elettronico da controllare 500 potrà quindi effettuare le azioni corrispondenti a tali comandi CMD. Vantaggiosamente, il modulo di decodifica eventi 506 (EV-DEC) è riprogrammabile dall’utente per modificare la correlazione fra eventi e comandi o per aggiungere nuovi comandi correlati a particolari eventi.
Si osservi che il dispositivo da controllare 500 può comprendere dei software driver adatti ad apparati “desktop” (driver: Windows, Mac and Linux) oppure adatti ad apparati “mobile” (driver: Android, iOS). Le azioni che si possono compiere in base ai comandi CMD sono quelle fornite dal sistema operativo del dispositivo elettronico da controllare 500, per esempio: Windows, Mac and Linux, Android, iOS.
Ad esempio, tali azioni possono essere le azioni corrispondenti all’uso del mouse: su, giù, sinistra, destra, tasto destro/ sinistro/centrale clic del mouse, destra / sinistra / centro pulsante del mouse in basso, destra / sinistra/centro pulsante del mouse su, tasto giù, tasto generico su, pressione tasto generico, scorrimento verticale, scorrimento orizzontale, ingrandimento, riduzione.
Nel seguito sono indicati alcuni particolari esempi di applicazione del dispositivo di controllo 100. I particolare, gli esempi forniti si riferiscono al codice Arduino.
Esempi di applicazione
Controllo di una presentazione Microsoft Office PowerPoint
Il dispositivo di controllo 100 indossato dalla mano 200 può essere impiegato per controllare il programma di presentazione Microsoft Office PowerPoint installato sul dispositivo elettronico 500 (quale un computer desktop).
Secondo questo esempio, il modulo di personalizzazione utente 607 (preferibilmente, un codice Arduino) ha permesso di definire i seguenti eventi EVNT:
1) eventi correlati a particolari valori correnti dell’angolo di imbardata e dell’angolo di beccheggio;
2) movimento di swipe verticale (come definito con il diagramma 700); 3) eventi correlati all’azione delle dita sulle quattro aree sensibili 1-4 del pannello di interfaccia 304.
Il modulo di decodifica eventi 506 del computer 500 è configurato in modo da effettuare la seguente associazione fra eventi rivelati EVNT e comandi CMD:
● Posizioni di rollio della mano 200: equivalenti a movimenti a destra o a sinistra del mouse;
● Posizioni di beccheggio: equivalenti a movimenti del mouse verso l’alto o verso il basso;
● Swipe verticale verso l’alto: equivalente ad scorrimento verso l’alto della slide;
● Swipe verticale verso il basso: equivalente ad uno scorrimento verso il basso della slide;
● Azione (click) su area sensibile 1: equivalente all’azione sul pulsante sinistro del mouse;
● Azione (click) su area sensibile 2: equivalente all’azione sul pulsante destro del mouse;
● Azione (click) su area sensibile 3: equivalente alla commutazione dalla visualizzazione a schermo pieno di PowerPoint e quella di edit;
● Azione (click) su area sensibile 4: permette di commutare fra una configurazione di controllo tramite dispositivo 100 e una configurazione in cui il controllo viene restituito al computer 500.
Si noti che il modulo di decodifica eventi 506 essendo riprogrammabile permette anche di modificare la modalità di controllo della presentazione PowerPoint, per esempio come sotto indicato:
● Posizioni di rollio della mano 200: equivalenti a movimenti a destra o a sinistra del mouse;
● Posizioni di beccheggio: equivalenti a movimenti del mouse verso l’alto o verso il basso;
● Azione (click) su area sensibile 1: equivalente ad uno scorrimento verso l’alto della slide;
● Azione (click) su area sensibile 2: equivalente ad uno scorrimento verso il basso della slide.
Controllo del programma Microsoft 3D Builder
Il dispositivo di controllo 100 indossato dalla mano 200 può essere impiegato per controllare il programma Microsoft 3D Builder installato sul dispositivo elettronico 500 (quale un computer desktop). Il programma Microsoft 3D Builder è una applicazione standard del sistema operativo Windows 10 che permette di visualizzare oggetti 3D. Secondo la tecnica nota, la gestione degli oggetti 3D è effettuata mediante un mouse.
Secondo l’esempio qui descritto, il modulo di personalizzazione utente 607 (preferibilmente, un codice Arduino) ha permesso di definire i seguenti eventi EVNT:
- eventi correlati a particolari valori correnti dell’angolo di rollio e dell’angolo di beccheggio;
- eventi correlati all’azione delle dita sulle quattro aree sensibili 1-4 del pannello di interfaccia 304.
Il modulo di decodifica eventi 506 del computer 500 è configurato in modo da effettuare la seguente associazione fra eventi rivelati EVNT e comandi CMD:
● Posizioni di rollio della mano 200: equivalenti a movimenti a destra o a sinistra del mouse;
● Posizioni di beccheggio: equivalenti a movimenti del mouse verso l’alto o verso il basso;
● Azione (click) su area sensibile 1: equivalente ad uno zoom “in”; ● Azione (click) su area sensibile 2: equivalente ad uno zoom “out”; ● Azione (click) su area sensibile 3: equivalente all’azione sul pulsante sinistro del mouse;
● Azione (click) su area sensibile 4: permette di commutare fra una configurazione di controllo tramite dispositivo 100 e una configurazione in cui il controllo viene restituito al computer 500.
Controllo del programma VLC media player su un computer Raspberry Il dispositivo di controllo 100 indossato dalla mano 200 può essere impiegato per controllare il programma VLC media player Microsoft 3D Builder installato su un computer Raspberry 500.
Secondo l’esempio qui descritto, il modulo di personalizzazione utente 607 (preferibilmente, un codice Arduino) ha permesso di definire i seguenti eventi EVNT:
- swipe verticale, eventi di swipe verso l’alto e verso il basso;
- swipe orizzontale, eventi si swipe verso destra e verso sinistra;
- eventi correlati all’azione delle dita sulle quattro aree sensibili 1-4 del pannello di interfaccia 304.
Il modulo di decodifica eventi 506 del computer 500 è configurato in modo da effettuare la seguente associazione fra eventi rivelati EVNT e comandi CMD:
- Swipe verticale verso il basso: equivalente al comando play;
- Swipe verticale verso l’alto: equivalente al comando stop;
- swipe orizzontale (diagramma 800) verso sinistra: equivalente al comando “indietro di una traccia”;
- swipe orizzontale verso destra: equivalente al comando “avanti di una traccia”;
● Azione (click) su area sensibile 1: equivalente alzare il volume;
● Azione (click) su area sensibile 2: equivalente ad abbassare il volume”;
● Azione (click) su area sensibile 4: permette di commutare fra una configurazione di controllo tramite dispositivo 100 e una configurazione in cui il controllo viene restituito al computer 500.
Controllo di un braccio di un robot antropomorfo
Il dispositivo di controllo 100 indossato dalla mano 200 può essere impiegato per controllare i movimenti di un braccio di un robot antropomorfo 500, avente 6 gradi di libertà.
La figura 10 mostra alcune modalità di movimentazione del robot 10 basate su eventi EVNT rivelati dal dispositivo di controllo 100. Ecco alcuni esempi di associazione tra eventi rilavati e comandi CMD:
a) Valore corrente dell’angolo di imbardata: equivalente all’angolo di rotazione di una base 507 del robot 500 (figura 10a);
b) movimento orizzontale della mano 200: traslazione in avanti o indietro di un braccio 508 del robot 500 (figura 10b);
c) movimento verticale della mano 200: traslazione in alto o in basso del braccio 508 del robot 500 (figura 10c);
d) Valore corrente dell’angolo di rollio: equivalente alla chiusura o apertura di ganasce del braccio 508 (figura 10c);
e) Valore corrente dell’angolo di beccheggio: equivalente alla rotazione in versi opposti delle ganasce del braccio 508 (figura 10e).
Si osservi che il dispositivo elettronico 100 presenta numerosi vantaggi. Infatti, la forma ad U del dispositivo elettronico 100 consente una facile, ma affidabile indossabilità, sulla mano dell’utente, lasciando libere, nel contempo, le dita dello stesso. La forma ad U del dispositivo elettronico 100 assicura anche una relativa compattezza del dispositivo. Il dispositivo elettronico 100, in grado di rivelare orientamenti e gesti della mano, permette la rivelazione di una ampia gamma di eventi consentendo quindi di ottenere una vasta scelta di segnali di comando per il dispositivo elettronico da controllare. Inoltre, la presenza (preferenziale) del pannello di interfaccia utente 304 offre la possibilità di rivelare anche eventi, e quindi impartire relativi comandi, ottenuti direttamente dalle dita della mano, mantenendo una struttura del dispositivo di controllo 100 non particolarmente complessa.
Gli esempi di attuazione sopra descritti hanno evidenziato come la scelta di rivelare eventi basati sugli orientamenti e sui gesti assunta/effettuati dalla mano che indossa il dispositivo di controllo 100 consente l’utilizzo dello stesso dispositivo per il controllo di dispostivi elettronici anche molto diversi fra loro.
Un altro vantaggio è collegato alla estrema versatilità ottenuta prevedendo (preferenzialmente) che il dispositivo di controllo 100 sia riprogrammabile in modo da permettere all’utente di ridefinire eventi da rivelare (selezionando quelli già disponibili o definendone di nuovi) e quindi adattare il dispositivo elettronico 100 a particolari applicazioni di interesse.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di controllo (100) di un dispositivo elettronico esterno (500-502), comprendente: - una struttura di supporto (101) sagomata ad U, associabile ad una mano (200) di un utilizzatore e comprendente: una prima porzione (102) atta a essere associata al palmo della mano (200), una seconda porzione (103) atta ad essere associata al dorso della mano (200) e una porzione di raccordo (104) interposta fra la prima (102) e la seconda (103) porzione e atta ad essere posizionata fra l’indice e il pollice di detta mano; - un modulo sensori (350) integrato nella struttura di supporto (101) e atta a fornire parametri (ACC; GYR; MAGN) relativi ad orientamenti e/o movimentazioni del dispositivo di controllo (100); - un modulo di processamento e rivelazione (310) integrato nella struttura di supporto (101) e configurato per rivelare, a partire da detti parametri, eventi (EVNT) associati ad orientamenti (ORN) e/o gesti (GEST) prestabiliti della mano (200) quando indossante il dispositivo di controllo (100); - un modulo di comunicazione senza fili (400) configurato per trasmettere verso il dispositivo elettronico esterno (500-502) segnali rappresentativi degli eventi rivelati (SEV) e tali da essere associati a segnali di comando del dispositivo elettronico esterno (500-502).
- 2. Dispositivo (100) secondo la rivendicazione 1, inoltre comprendente un pannello di interfaccia di tipo tattile (304) collegato al modulo di processamento e rivelazione (310) e disposto nella prima porzione (102) della struttura di supporto (101) per essere raggiungibile da almeno un dito della mano (200) dell’utente per fornire corrispondenti segnali di scelta utente (US-S) al modulo di processamento e rivelazione (310); il modulo di processamento e rivelazione (310) essendo configurato per ricevere i segnali di scelta utente e rivelare ulteriori eventi associati ai segnali di scelta utente.
- 3. Dispositivo (100) almeno secondo la rivendicazione 1, in cui il modulo processamento e rivelazione (310) comprende un modulo di personalizzazione utente (607) configurato per: riprogrammare il modulo di processamento e rivelazione (310) per selezionare e/o modificare tipologie di eventi (EVNT) rivelabili dal modulo di processamento e rivelazione (310); definire eventi aggiuntivi (EVNT1) a partire da detti eventi e/o da da detti parametri.
- 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detto modulo sensori (350) include almeno due dei seguenti dispostivi: un accelerometro triassiale (301), un giroscopio triassiale (302) e un magnetometro triassiale (303).
- 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, in cui il modulo processamento e rivelazione (310) comprende un modulo di elaborazione parametri (601) configurato per elaborare i parametri forniti dal modulo sensori (350) tale da fornire valori di quaternioni e/o di angoli di Eulero che esprimono orientazioni assunte dal dispositivo di controllo (100) e/o movimentazioni del dispositivo di controllo (100).
- 6. Dispositivo almeno secondo la rivendicazione 5, in cui in cui il modulo di processamento e rivelazione (310) comprende un modulo di rivelazione gesti (602) configurato per riconoscere particolari gesti effettuati dalla mano (200) quando munita del dispositivo di controllo (100), sulla base dei parametri ricevuti modulo sensori (350).
- 7. Dispositivo almeno secondo la rivendicazione 7, in cui il modulo di rivelazione gesti (602) è configurato per effettuare le seguenti fasi: a) confrontare con un valore di soglia (704; 804)) un primo valore corrente di un parametro (pitch; yaw) che esprime un’orientazione assunta dal dispositivo di controllo (100), b) attivare (705; 805) un conteggio del tempo se è rivelata una prima rotazione della mano in un primo verso sulla base della fase a); c) confrontare (709; 810) un secondo valore corrente del parametro che esprime un’altra orientazione assunta dal dispositivo di controllo (100) con il valore di soglia; d) riconoscere un evento (710; 811) se il conteggio del tempo non ha raggiunto una soglia di tempo (707; 808) e se la fase di confrontare il secondo valore corrente (709; 810) ha rivelato una seconda rotazione della mano in un secondo verso opposto al primo verso.
- 8. Dispositivo almeno secondo la rivendicazione 7, in cui un modulo di processamento e rivelazione (310) è configurato per rivelare almeno uno dei seguenti eventi: - oscillazione verticale della mano; - oscillazione orizzontale della mano; - traslazione verticale della mano; - traslazione orizzontale della mano; - rotazione di rollio della mano; - rotazione di imbardata della mano - rotazione di beccheggio della mano; - caduta libera della mano; - inclinazione della mano rispetto ad un asse; - orientazione corrente basata su quaternioni e/o angoli di Eulero.
- 9. Apparato elettronico (1000) comprendente: - un dispositivo di controllo (100) realizzato secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni; - un dispositivo elettronico controllato (500-502) comprendente: un ulteriore modulo di comunicazione senza fili (504) configurato per ricevere i segnali rappresentativi degli eventi rivelati (SEV); un modulo di decodifica (506) tale da associare i segnali rappresentativi degli eventi rivelati (SEV) a segnali di comando (CMD) per il dispositivo elettronico controllato; un modulo di processamento (505) strutturato per implementare azioni in detto dispositivo di elettronico controllato (50-502) corrispondenti ai segnali di comando (CMD).
- 10. Apparato elettronico secondo la rivendicazione 9, in cui detto dispositivo elettronico controllato è uno dei seguenti dispostivi: un computer, uno smartphone, un robot antropomorfo, occhiali per realtà aumentata, occhiali per realtà virtuale.
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