IT202100002627A1 - Apparato comprendente un guanto dotato di sensori elettromiografici per il controllo di impianti da remoto in realtà virtuale - Google Patents
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Description
Apparato comprendente un guanto dotato di sensori elettromiografici per il controllo di impianti da remoto in realt? virtuale.
Descrizione
La presente invenzione riguarda un dispositivo di realt? virtuale per il controllo da remoto di impianti ad esempio di tipo industriale, e pi? in particolare un dispositivo comprendente un guanto dotato di sensori elettromiografici ed estensimetri, specificamente ma non esclusivamente configurato per il controllo di impianti industriali, da remoto, mediante utilizzo di ambienti di realt? virtuale.
Stato dell?arte
Sono noti allo stato dell?arte svariati metodi di controllo che fanno uso di ambienti di realt? virtuale per consentire l?operativit? da remoto in ambienti che altrimenti sarebbero rischiosi per l?essere umano. Ci si riferisce in particolare al controllo degli impianti industriali.
? infatti esperienza comune che in questa tipologia di impianti siano presenti ambienti ove sussistono rischi di varia natura, quali il rischio di esplosione, il rischio di presenza di sostanze nocive, il rischio di caduta dall?alto, il rischio legato alla operativit? in ambienti confinati.
In tutti questi casi ? utile minimizzare la presenza dell?operatore umano.
Sono stati pertanto sviluppati numerosi dispositivi che consentono di comandare da remoto una pluralit? di attuatori mediante utilizzo di un ambiente di realt? virtuale che viene sottoposto all?operatore per mezzo di divisori di realt? virtuale o dispositivi similari.
L?operatore immerso in questo tipo di ambiente ? altres? dotato di controllori configurati per rilevare la posizione e la gestualit? delle mani dell?operatore, e per comandare di conseguenza gli attuatori.
Riferendosi specificamente ai controllori, si evidenzia che ne sono stati sviluppati molti modi di realizzazione. Ad esempio nel documento WO2019183357A1 ? descritto un dispositivo stabile per tracciare la posizione delle mani in un ambiente di realt? virtuale. Il dispositivo descritto comprende un guanto in una pluralit? di accelerometri, ciascuno dotato di proprio controllore. Le informazioni rilevate dagli accelerometri e da sensori di posizione vengono inviate a un solutore cinematico inverso che ricostruisce la posizione delle mani.
Oltre all?utilizzo di sensori di posizione e di accelerometri ? anche noto utilizzo di sensori elettromiografici.
I sensori elettromiografici sono sensori configurati per rilevare una differenza di potenziale tra due punti della epidermide a distanza ravvicinata, in modo da ricostruire lo stato di contrazione o rilassamento muscolare. Il loro utilizzo ? particolarmente noto nel controllo di protesi robotiche. Un esempio ? descritto nel documento CN202235787, un altro esempio ? descritto nel documento CN104706359.
Problema tecnico
Sebbene siano noti moltissimi modi di realizzazione di controllori configurati per rilevare la posizione ed i movimenti delle mani di un operatore, al meglio della conoscenza degli odierni inventori non sono noti dispositivi che siano in grado di rilevare tanto di movimenti di entit? rilevante delle mani di un operatore, quanto i movimenti di piccola entit?, e al tempo stesso consentano di non considerare le contrazioni involontarie dei muscoli della mano e del braccio dell?operatore onde evitare di far eseguire nell?ambiente virtuale azioni che in realt? l?operatore non ha eseguito nell?ambiente reale.
Pi? in particolare non sono noti dispositivi che facciano un utilizzo combinato di estensimetri e di sensori elettromiografici per rilevare la posizione ed il movimento delle mani, delle dita, del braccio e dell?avambraccio di un operatore. Scopo dell?invenzione
Forma pertanto scopo della presente invenzione quello di fornire un controllore che superi i limiti noti ai modi di realizzazione noti allo stato dell?arte, in particolare che sia configurato per rilevare tanto i movimenti di entit? rilevante delle mani di un operatore, quanto i movimenti di piccola entit?, e al tempo stesso consenta di non considerare le contrazioni involontarie, onde evitare di far eseguire nell?ambiente virtuale azioni che in realt? l?operatore non ha eseguito nell?ambiente reale.
Pi? in particolare forma scopo della presente invenzione quello di fornire un dispositivo che faccia un utilizzo combinato di estensimetri e di sensori elettromiografici per rilevare la posizione ed il movimento delle mani, delle dita, del braccio e dell?avambraccio di un operatore, onde consentire il corretto riconoscimento sia della gestualit? delle mani che dei movimenti eseguiti con gli arti superiori.
Breve descrizione dell?invenzione
Il trovato realizza gli scopi prefissati in quanto trattasi di un guanto (1), comprendente: una pluralit? di estensimetri disposti in corrispondenza delle dita, configurati per rilevare la deformazione del guanto a seguito dell?apertura e della chiusura di ciascun dito della mano; circuiti elettrici configurati per consentire la lettura di detti estensimetri (11); mezzi di controllo configurati per acquisire il valore letto da ciascuno di detti estensimetri e caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre: almeno due ulteriori lacci (20, 30) configurati in maniera tale da poter essere allacciati in corrispondenza dell?avambraccio e del braccio di un operatore che indossa il dispositivo, ciascuno di detti ulteriori lacci essendo dotato di almeno un estensimetro (21, 31) configurato in maniera tale da rilevare la deformazione dell?ulteriore laccio cui ? vincolato e di almeno un sensore elettromiografico (22, 32), mezzi di controllo configurati per acquisire i segnali rilevati da tutti i sensori e per trasmetterli a mezzi di elaborazione esterni, detti mezzi di controllo essendo configurati per acquisire periodicamente il segnale rilevato da detti estensimetri (21, 31) e da detti sensori elettromiografici (22,32), per determinare la deformazione di ciascuno di detti ulteriori lacci (20, 30) in funzione del segnale rilevato da detti estensimetri, per configurare detta deformazione con una soglia di riferimento predeterminata e per filtrare il segnale rilevato da detti sensori elettromiografici in funzione di detta deformazione.
Descrizione delle figure
In figura 1 ? mostrata una vista di un modo di realizzazione preferenziale e non limitativo di un dispositivo secondo l?invenzione.
Descrizione dettagliata dell?invenzione
Come mostrato in figura 1, il dispositivo secondo l?invenzione ? un guanto (1), comprendente una pluralit? di estensimetri disposti in corrispondenza delle dita, configurati per rilevare la deformazione del guanto a seguito dell?apertura e della chiusura di ciascun dito della mano.
Preferibilmente detti estensimetri sono disposti in corrispondenza del dorso delle dita. In un secondo modo di realizzazione detti estensimetri sono disposti in corrispondenza della superficie delle dita rivolta verso l?interno della mano.
Preferibilmente a ciascun dito sono associati una pluralit? di estensimetri (11), in modo tale da rilevare la rotazione relativa di ciascuna falange del dito.
Ovviamente, sebbene non mostrati in figura, il dispositivo comprende circuiti elettrici configurati per consentire la lettura degli estensimetri (11) e mezzi di controllo configurati per acquisire il valore letto da ciascuno di detti estensimetri. Preferibilmente detti estensimetri sono vincolati sulla superficie interna di detto guanto (1), in modo da essere a stretto contatto con la pelle.
Preferibilmente inoltre detto guanto (1) comprende un laccetto (12) configurato per assicurare il guanto al polso della mano ed evitare che possa sfilarsi anche solo parzialmente durante l?utilizzo.
Il dispositivo secondo l?invenzione ? caratterizzato inoltre dal fatto di comprendere due ulteriori lacci (20, 30) configurati in maniera tale da poter essere allacciati in corrispondenza dell?avambraccio e del braccio di un operatore. Preferibilmente detti ulteriori lacci (20, 30) sono elastici.
Ciascuno di detti ulteriori lacci comprende almeno un estensimetro (21, 31) configurato in maniera tale da rilevare la deformazione dell?ulteriore laccio cui ? vincolato ed almeno un sensore elettromiografico (22, 32). Preferibilmente ma non limitativamente a ciascuno di detti lacci (20, 30) sono associati una pluralit? di sensori elettromiografici.
Anche se non mostrati in figura, il dispositivo comprende inoltre i circuiti elettrici necessari alla lettura dei valori rilevati da detti estensimetri e detti sensori elettromiografici.
Il dispositivo comprende inoltre mezzi di controllo configurati per acquisire i segnali rilevati da tutti i sensori e per trasmetterli a mezzi di elaborazione esterni. La trasmissione pu? avvenire senza uscire dagli scopi della presente invenzione mediante un collegamento cablato o mediante collegamenti senza fili, adottando una qualunque delle tecniche di per s? note allo stato dell?arte.
Il dispositivo ? caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo sono configurati per acquisire periodicamente il segnale rilevato da detti estensimetri (21, 31) e da detti sensori elettromiografici (22,32), per determinare la deformazione di ciascuno di detti ulteriori lacci (20, 30) in funzione del segnale rilevato da detti estensimetri, per configurare detta deformazione con una soglia di riferimento predeterminata e per filtrare il segnale rilevato da detti sensori elettromiografici in funzione di detta deformazione.
In un modo di realizzazione preferenziale detta soglia predeterminata ? pari a circa 1 mm.
Questa costruzione del dispositivo ? questo tipo di utilizzo del segnale derivante dai sensori elettromiografici ed agli estensimetri consente di classificare le contrazioni rilevate dai sensori elettromiografici come volontarie oppure come involontarie.
Difatti, specialmente quando gli arti dell?operatore sono intenzione perch? sta mantenendo una posizione costante, ? possibile che i muscoli del braccio e dell?avambraccio siano soggetti a contrazioni involontarie. Queste contrazioni involontarie tuttavia danno luogo a deformazioni di entit? sub-millimetrica, in funzione sia della breve durata che della modesta entit? della contrazione muscolare. Al contrario invece un movimento volontario ? caratterizzato da una pi? ampia deformazione del tessuto epidermico.
Non ? tuttavia facile individuare questo tipo di contrazioni dalla sola analisi del segnale elettromiografico. ? infatti possibile che ci? avvenga in maniera accettabilmente corretta solo per mezzo di utilizzo di complessi algoritmi di analisi del segnale che necessitano di lunghe sessioni di addestramento.
Al contrario, la presenza dell?estensimetro consente di filtrare automaticamente ed in maniera affidabile tutte le contrazioni involontarie. Questo limita fortemente le necessit? di calibrazione del dispositivo per il singolo operatore.
Si tenga presente infatti che in un contesto di operazione di impianti industriali, lo stesso dispositivo potr? essere utilizzato da soggetti diversi, in funzione del turno di lavoro.
Si tratta di un contesto molto differente da quello delle protesi robotiche in cui un medesimo utente utilizza per mesi o addirittura per molti anni della medesima protesi, e quindi diventa trascurabile il tempo trascorso per addestrare il sistema a riconoscere le contrazioni muscolari.
Al contrario con il dispositivo secondo la presente invenzione ? possibile rilevare i movimenti involontari (mioclonie) anche in caso di spostamento della posizione dei elettrodi dei sensori elettromiografici rispetto alla loro posizione ideale, e senza necessit? di calibrazione.
In un primo modo di realizzazione preferenziale detta operazione di filtraggio del segnale rilevato dai sensori elettromiografici consiste nell?escludere completamente il segnale rilevato dai sensori elettromiografici in corrispondenza degli intervalli temporali per i quali la deformazione rilevata a mezzo degli estensimetri ? inferiore della soglia predeterminata.
Claims (9)
1. Guanto (1), comprendente:
- una pluralit? di estensimetri disposti in corrispondenza delle dita, configurati per rilevare la deformazione del guanto a seguito dell?apertura e della chiusura di ciascun dito della mano;
- circuiti elettrici configurati per consentire la lettura degli estensimetri (11)
- mezzi di controllo configurati per acquisire il valore letto da ciascuno di detti estensimetri
caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre:
- Almeno due ulteriori lacci (20, 30) configurati in maniera tale da poter essere allacciati in corrispondenza dell?avambraccio e del braccio di un operatore che indossa il dispositivo, ciascuno di detti ulteriori lacci essendo dotato di almeno un estensimetro (21, 31) configurato in maniera tale da rilevare la deformazione dell?ulteriore laccio cui ? vincolato e di almeno un sensore elettromiografico (22, 32)
- mezzi di controllo configurati per acquisire i segnali rilevati da tutti i sensori e per trasmetterli a mezzi di elaborazione esterni.
detti mezzi di controllo essendo configurati per acquisire periodicamente il segnale rilevato da detti estensimetri (21, 31) e da detti sensori elettromiografici (22,32), per determinare la deformazione di ciascuno di detti ulteriori lacci (20, 30) in funzione del segnale rilevato da detti estensimetri, per configurare detta deformazione con una soglia di riferimento predeterminata e per filtrare il segnale rilevato da detti sensori elettromiografici in funzione di detta deformazione.
2. Guanto secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta soglia predeterminata ? pari a circa 1 mm.
3. Guanto secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzato dal fatto che detta operazione di filtraggio del segnale rilevato dai sensori elettromiografici consiste nell?escludere il segnale rilevato dai sensori elettromiografici in corrispondenza degli intervalli temporali per i quali la deformazione rilevata a mezzo degli estensimetri ? inferiore della soglia predeterminata.
4. Guanto secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti estensimetri sono disposti in corrispondenza del dorso delle dita.
5. Guanto secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti estensimetri sono disposti in corrispondenza della superficie delle dita rivolta verso l?interno della mano.
6. Guanto secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che a ciascun dito sono associati una pluralit? di estensimetri (11), in modo tale da rilevare la rotazione relativa di ciascuna falange del dito.
7. Guanto secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto guanto (1) comprende un laccetto (12) configurato per assicurare il guanto al polso della mano ed evitare che possa sfilarsi anche solo parzialmente durante l?utilizzo.
8. Guanto secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detti ulteriori lacci (20, 30) sono elastici.
9. Guanto secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che a ciascuno di detti lacci (20, 30) sono associati una pluralit? di sensori elettromiografici.
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