KR20200090786A - Dynamically balanced multi-purpose handheld controller - Google Patents
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- G05G9/04788—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks the controlling member being the operating part of a switch arrangement comprising additional control elements
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Abstract
제어기는 4 이상의 자유도들로 제어 입력들을 발생하면서 교차 결합(의도하지 않은 작동)을 제한함으로써 한손으로 물리적 및/또는 가상 3 차원 공간에서 어셋 또는 타겟을 제어할 수 있다. 제어기는 사용자의 한손에 파지되도록 구성되는 제 1 제어 부재, 제 1 제어 부재의 이동과 독립적으로 적어도 하나의 자유도로 이동 가능한 제 1 제어 부재의 상단부에 또는 그 근처에 배치된 제 2 제어 부재, 및 사용자의 한손의 하나 이상의 손가락만큼 변위하기 위해 제 1 제어 부재 상에 위치되고 제 2 제어 부재와 결합하여 제 2 제어 부재의 이동에 반대로 이동하는 제 3 제어 부재를 포함한다.The controller can control the asset or target in physical and/or virtual three-dimensional space with one hand by limiting cross-coupling (unintentional operation) while generating control inputs with four or more degrees of freedom. The controller includes a first control member configured to be gripped by a user's hand, a second control member disposed at or near the upper end of the first control member movable at least one degree of freedom independently of the movement of the first control member, and And a third control member positioned on the first control member for displacement by one or more fingers of one hand of the user and engaged with the second control member to move opposite to the movement of the second control member.
Description
본 발명은 일반적으로 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 한손으로 작동 가능한 제어기를 사용함으로써 교차 결합(cross-coupling)을 실질적으로 제한하면서 최대 6의 독립적인 자유도(degrees of freedom)를 위해 명령 신호를 전송할 수 있는 능력을 사용자에게 제공하는 제어기에 관한 것이다. The present invention relates generally to a control system, and more specifically to a command for up to six independent degrees of freedom while substantially limiting cross-coupling by using a one-handed controller. It relates to a controller that provides a user with the ability to transmit signals.
종래에는, 사용자가 적어도 3의 자유도들을 갖는 제어 타겟을 제어할 수 있도록 다수의 개별 제어기가 사용된다. 더욱이, 6 자유도들을 갖는 제어 타겟을 제어하는 임의의 종래의 제어 시스템에는 다수의 개별 제어기가 필요하다. 예컨대, 한 세트의 독립적인 제어기 또는 입력 디바이스(예: 조이스틱, 제어 칼럼, 사이클릭 스틱, 풋 페달 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다른 독립적인 제어기)는 제어 타겟(예: 항공기, 잠수정, 우주선, 가상 환경에서의 제어 타겟, 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다양한 다른 제어 타겟)에 대해 사용자로부터 다양한 상이한 회전 파라미터(예: 피치, 요 및 롤)를 수신하기 위해 제공될 수 있다. 유사하게, 3 차원(3D) 공간, 속도, 가속도 및/또는 다양한 다른 명령 파라미터에서의 병진(예: x, y 및 z 축 이동)과 같은 다른 탐색 파라미터를 제어하기 위해 독립적인 제어기 세트가 제공될 수 있다. Conventionally, a number of individual controllers are used to allow a user to control a control target with at least three degrees of freedom. Moreover, any conventional control system that controls a control target with 6 degrees of freedom requires multiple individual controllers. For example, a set of independent controllers or input devices (e.g. joysticks, control columns, cyclic sticks, foot pedals and/or other independent controllers known to one or more skilled artisans) may control control targets (e.g. aircraft, submersibles, spacecrafts). , A control target in a virtual environment, and/or various other control targets known to one or more skilled artisans) to receive various different rotation parameters (eg pitch, yaw and roll) from the user. Similarly, an independent set of controllers may be provided to control other search parameters, such as translation in three-dimensional (3D) space, velocity, acceleration and/or various other command parameters (eg, x, y and z axis movement). Can.
2013 년 3 월 12 일 및 2016 년 3 월 16 일에 각각 출원된 미국 특허 출원 번호 13/797,184호 및 15/071,624호(이들 모두는 본원에 전체적으로 참조로 포함됨)는 사용자가 단일 제어기를 사용하여 최대 6 자유도들(6-DoF)로 동시에 독립적으로 제어 타겟을 제어할 수 있게 하는 제어 시스템의 여러 실시예를 기술한다. 일 실시예에서, 통합 손 제어기는 사용자로부터 회전 입력(예: 피치, 요 및 롤)을 수용하기 위한 제 1 제어 부재 및 병진 입력(예: X, Y 및 Z 축을 따른 변위)을 수용하기 위해 제 1 제어 부재로부터 연장되는 제 2 제어 부재를 포함할 수 있다. 통합 손 제어기 상의 제 1 제어 부재 및 제 2 제어 부재는 최대 6-DoF에서 제어 타겟을 제어하기 위해 한손으로 사용자에 의해 위치될 수 있다.U.S. Patent Application Nos. 13/797,184 and 15/071,624, filed on March 12, 2013 and March 16, 2016, respectively, all of which are incorporated herein by reference in their entirety using a single controller. Various embodiments of a control system that allow simultaneous control target control with 6 degrees of freedom (6-DoF) are described. In one embodiment, the integrated hand controller is configured to receive a first control member and a translational input (eg displacement along the X, Y and Z axes) for receiving rotational input (eg pitch, yaw and roll) from the user. It may include a second control member extending from the one control member. The first control member and the second control member on the integrated hand controller can be positioned by the user with one hand to control the control target at up to 6-DoF.
이전에 알려진 드론, 가상 현실, 증강 현실, 컴퓨터 및 게임 입력 디바이스는 직관적이지 않으며 상당한 초기 및 숙련 교육이 필요하며 양손으로 작동된다. 그들은 또한 일반적으로 모바일이 아니다.The previously known drones, virtual reality, augmented reality, computer and game input devices are not intuitive and require considerable initial and skilled training and are operated with both hands. They are also generally not mobile.
후술된 단일 처리 제어기의 다양한 양태들은 사용자가 이동 중에 또는 휴식 중에 교차 결합(의도하지 않은 작동)을 제한하면서 제어 입력들을 발생시킴으로써 물리적 및/또는 가상 3 차원 공간에서 어셋(asset) 또는 타겟을 제어하기 위해 개별적으로 및/또는 이러한 양태들 중 하나와 결합하여 사용자에게 더 가능한 여러 개선들(예: 컴퓨터 증강 또는 가상 현실 게이머, 파일럿, 등산객, 스키어, 보안/SAR 요원, 전투기 및 기타)을 제공한다. 이러한 특징을 갖는 제어기를 사용하면, 제어기가 CAD(Computer Aided Design), 드론 비행, 다양한 유형의 컴퓨터 게임, 가상 및 증강 현실 및 기타 가상 및 공간을 통한 정밀한 이동이 요구되는 물리적 작업의 제어 요구 사항에서 자세 조정으로부터 병진을 분리할 수 있게 한다. Various aspects of the single processing controller described below allow the user to control an asset or target in a physical and/or virtual three-dimensional space by generating control inputs while limiting cross-coupling (unintentional operation) during or during rest. In order to provide individual and/or in combination with one of these aspects, several more possible improvements to the user (e.g. computer augmented or virtual reality gamers, pilots, hikers, skiers, security/SAR personnel, fighters and others). Using controllers with these features, the controllers can be used to control computer-aided design (CAD), drone flight, various types of computer games, virtual and augmented reality, and other physical and physical control requirements that require precise movement through space. Allows translation to be separated from posture adjustment.
본 개시의 일 양태에 따르면, 손 제어기는 제 1, 제 2 및 제 3 제어 부재를 포함한다. 제 1 제어 부재는 적어도 2 자유도들로 이동 가능하고 응답 시에 독립적인 제어 입력들의 제 1 세트를 발생한다. 제 1 부재의 이동 또는 변위는 하나 이상의 센서를 사용하여 각각의 자유도에 대해 감지되고 제어 입력들이 발생될 수 있으며, 각각의 센서는 검출할 수 있고 원한다면 하나 이상의 변위의 자유도로 변위를 측정할 수 있다. 제 1 제어 부재는 사용자가 자신의 손바닥에 손을 대고 적어도 여러개의 손가락을 제 1 부재의 몸체 주위에 적어도 부분적으로 감싸서 사용자의 한손에 파지되도록 구성된다. 제 2 제어 부재는 제 1 부재가 파지될 때 손의 엄지 손가락 또는 검지 손가락이 놓일 수 있는 제 1 부재의 상단부 또는 그 근처에 배치된다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 자유도로, 그리고 다른 실시예에서 제 1 제어 부재의 이동과 독립적으로 2 또는 3의 자유도들로 이동 가능하다. 독립적인 이동에 응답하여, 제 2 제어 부재의 이동은 변위될 수 있는 각각의 자유도에 대해 하나씩, 제어 입력들의 제 2 세트를 초래한다. 제 2 세트의 제어 입력들은 제 1 세트의 제어 입력들과 독립적이다.According to one aspect of the present disclosure, the hand controller includes first, second and third control members. The first control member is movable with at least two degrees of freedom and generates a first set of independent control inputs in response. The movement or displacement of the first member is sensed for each degree of freedom using one or more sensors and control inputs can be generated, and each sensor can detect and measure displacement with the freedom of one or more displacements if desired. . The first control member is configured such that the user holds it in one hand of the user by placing a hand on his palm and wrapping at least several fingers at least partially around the body of the first member. The second control member is disposed at or near the top of the first member where the thumb or index finger of the hand can rest when the first member is gripped. In one embodiment, at least one degree of freedom, and in other embodiments, is movable with 2 or 3 degrees of freedom independent of the movement of the first control member. In response to independent movement, movement of the second control member results in a second set of control inputs, one for each degree of freedom that can be displaced. The second set of control inputs is independent of the first set of control inputs.
독립적인 제어 입력들을 위한 손가락이 있는 제 2 부재를 갖는 제어기의 확장된 작동은, 특히 제 2 부재를 엄지 손가락으로 당기거나 누를 때 피로를 유발시킬 수 있다. 제 3 제어 부재는 사용자의 한손의 하나 이상의 손가락만큼 변위하기 위해 제 1 부재 상에 위치되고 제 2 부재와 결합되어 제 2 제어 부재의 이동 자유도들 중 하나에서, 예컨대 사용자의 엄지 손가락이 제 2 제어 부재를 변위시키기 위해 당겨지는 이동 자유도로 제 2 제어 부재의 이동과 반대로 이동한다. 제 3 제어 부재는 제 2 제어 부재를 변위시키기 위해 사용되지 않는 사용자의 손에 하나 이상의 손가락이 제 3 부재를 압박하고 변위를 야기할 수 있는 위치에서 제 1 부재에 장착된다. 제 3 부재는 사용자가 하나 이상의 손가락으로 제 3 부재를 압박하거나 당기는 것에 의해 제 3 부재가 내부로 변위될 때 제 2 부재를 변위시키기 위해 제 2 부재에 결합된다. 원한다면, 제 2 제어 부재를 아래로 누르면 또한 제어기로부터 제 3 제어 부재를 외부로 밀어내어 사용자의 엄지 손가락 또는 검지 손가락이 사용자의 다른 손가락에 의해 동적으로 균형을 이룰 수 있게 한다.The extended operation of the controller with the second member with fingers for independent control inputs can cause fatigue, especially when pulling or pressing the second member with the thumb. The third control member is positioned on the first member to displace by one or more fingers of one hand of the user and is coupled with the second member, such that in one of the degrees of freedom of movement of the second control member, the user's thumb controls the second In order to displace the member, it moves in the opposite direction of the movement of the second control member with the degree of freedom of movement being pulled. The third control member is mounted to the first member in a position where one or more fingers on the user's hand that are not used to displace the second control member can press the third member and cause displacement. The third member is coupled to the second member to displace the second member when the third member is displaced therein by the user pressing or pulling the third member with one or more fingers. If desired, pressing the second control member down also pushes the third control member out from the controller to allow the user's thumb or index finger to be dynamically balanced by the user's other fingers.
본 개시의 별도의 양태에서, 사용자의 한손으로 파지하도록 구성된 적어도 제 1 및 제 2 제어 부재(및 선택적으로 제 3 제어 부재)를 갖는 손 제어기는 회전축, 특히 요(yaw)에 대한 기준으로 작용하는 손목 또는 팔뚝 브레이스(forearm brace)와 결합될 수 있다. 요는 핸드 헬드 제어기 내에서 관성 측정 유닛(IMU)으로 측정하기가 어렵다. 예컨대, 손 제어기의 IMU가 제 1 부재의 충분한 정밀도 및 감도 피치 및 롤(X 및 Y 축 둘레로 회전)을 감지하고 측정할 수 있지만, 제 1 제어 부재의 요에 대응하는 Z 축 둘레로 회전하기 위한 IMU 출력은 시끄러울 수 있다. 일 실시예에서, 센서는 요를 나타내기 위해 제어기를 회전시키기 위해 사용자가 사용자의 손목을 굽히는 것에 의해 발생된 제 1 제어 부재와 사용자의 손목 또는 팔뚝 사이의 연동부의 변위를 측정한다.In a separate aspect of the present disclosure, a hand controller having at least a first and second control member (and optionally a third control member) configured to grip with one hand of a user acts as a reference for a rotation axis, particularly yaw. It can be combined with a wrist or forearm brace. The yaw is difficult to measure with an inertial measurement unit (IMU) within a handheld controller. For example, the IMU of the hand controller can detect and measure sufficient precision and sensitivity pitch and roll (rotate around the X and Y axes) of the first member, but rotate around the Z axis corresponding to the yaw of the first control member The IMU output for can be noisy. In one embodiment, the sensor measures the displacement of the linkage between the user's wrist or forearm and the first control member generated by the user bending the user's wrist to rotate the controller to indicate yaw.
후술된 몇몇 대표적인 실시예에 의해 제시된 바와 같이, 한손 제어기는 손목에 장착되고 손목에 대해 한정된 중립 위치로부터 변위를 등록하여, 정확하게 최대 6 자유도들(6-DoF)의 이동으로 비행, 게임 또는 증강 현실 모션 제어를 가능하게 한다. 수동적 기계적, 진동 햅틱 또는 능동적 기계적 피드백은 이들 6-DoF 각각에서 0으로부터의 변위를 사용자에게 알려줄 수 있다. 이러한 한손 제어에 의해 직관적인(비의도적인 인지) 입력을 가진 전투기 파일럿과 같이 공중을 통한 이동이 가능한다.As presented by some representative embodiments described below, a one-handed controller is mounted on the wrist and registers displacement from a defined neutral position relative to the wrist, so as to fly, game or augmented reality with exactly 6 degrees of freedom (6-DoF) movement. Enable motion control. Passive mechanical, vibrational haptic or active mechanical feedback can inform the user of the displacement from zero in each of these 6-DoFs. This one-handed control allows movement through the air like a fighter pilot with intuitive (unintentional perception) input.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 제어기와 결합된 팔뚝 브레이스는 검지 손가락 루프와 조합하여 사용되어 가상 세계에서 객체의 파지부를 개방 또는 폐쇄할 수 있다.According to another aspect of the present disclosure, the forearm brace coupled with the controller can be used in combination with the index finger loop to open or close the grip of the object in the virtual world.
이하에 설명되는 손 제어기의 대표적인 실시예들 중 상이한 실시예들의 다른 양태는, 이동, 예컨대, 걷기, 스키, 달리기, 운전 중에도 비지배적 손에 의해 안정되는 일관된 공지된 기준 프레임을 제공하는 양손 제어기를 포함한다. 손 제어기의 하나의 선택적인 실시예는 베이스의 표면에 플러그될 수 있으며, 비-비행 손이 비행함에 따라 베이스를 안정화시킬 수 있게 한다.Another aspect of the different exemplary embodiments of the hand controller described below is a two-handed controller that provides a consistent, known reference frame that is stable by a non-dominant hand during movement, such as walking, skiing, running, or driving. Includes. One optional embodiment of the hand controller can be plugged into the surface of the base, allowing the non-flying hand to stabilize the base as it flies.
손 제어기를 통해 물리적 또는 가상 공간을 통해 기준점(POR)을 이동하면, "제로 입력"의 위치가 각각의 자유도에 대해서 독립적으로 동시에 알려지도록 제어되는 모든 자유도들로 변위에 대한 통찰력을 요구하는 문제를 발생시킨다. 예컨대, 드론의 경우 x, y 및 z 축 및 요에 대한 제로 입력 위치를 항상 알아야 한다. 가상 및 증강 현실, 컴퓨터 게임 및 수술 로봇과 같은 다른 비행 체제는 동시에 최대 6 개의 독립적인 자유도들(x, y 및 z 축을 따른 이동, 피치, 요 및 롤)을 요구할 수 있다. 또한, 드론 비행 및 특히 가상 및 증강 현실 시스템의 경우, 기준점의 정확한 제어를 유지하면서 이동성이 있는 능력이 바람직하다.Moving the reference point (POR) through the physical or virtual space through the hand controller solves the problem of requiring insight into displacement with all degrees of freedom controlled such that the position of the "zero input" is independently and simultaneously known for each degree of freedom. Occurs. For a drone, for example, you must always know the zero input position for the x, y and z axes and yaw. Other flight systems such as virtual and augmented reality, computer games and surgical robots can simultaneously require up to six independent degrees of freedom (movement, pitch, yaw and roll along the x, y and z axes). In addition, a drone flight and, in particular in the case of virtual and augmented reality systems, the ability to move while maintaining precise control of the reference point is desirable.
대표적인 실시예들 중 하나에서, 베이스에 장착된 조이스틱 형태의 제 1 제어 부재는 이 제 1 제어 부재가 베이스에 연결되는 피치, 요 및 롤 입력들이 센터링 메커니즘과 함께 촉감에 의해 사용자에게 제로 명령을 통보하는 힘을 발생할 수 있다. 조이스틱 상단의 제 2 제어 부재는, 제 1 제어 부재에 대해 하나 이상의 X, Y 및 Z 축을 따라 엄지 또는 다른 손가락로 변위될 수 있는 위치에서, 제로 명령의 촉각 피드백에 의해 최대 3의 자유도들로 제어 신호를 발생한다. 예컨대, 자기적 또는 기계적 멈춤쇠는 하나 이상의 제어기의 다수의 자유도들 각각에 대한 중심 또는 "제로" 입력을 정의하고 제어 부재가 중심 또는 "제로 입력"위치로부터 출발함에 따라 사용자가 약간의 힘 증가를 느끼게 하는데 사용될 수 있다. 이동 자유도들 중 하나를 따라 제어기 부재의 이동 범위의 중심을 리센터링할 때, "제로 입력"이 회복되기 때문에 약간의 힘 변화가 느껴진다. 이러한 멈춤쇠 힘은 사용자의 손에서 명령되는 각각의 자유도에 대해 동시에 독립적으로 느껴질 수 있다.In one of the exemplary embodiments, the first control member in the form of a joystick mounted on the base notifies the user of a zero command by tactile touch, yaw and roll inputs with the centering mechanism to which the first control member is connected to the base. That can generate the power. The second control member on the top of the joystick is controlled with up to three degrees of freedom by tactile feedback of the zero command, at a position that can be displaced by a thumb or other finger along one or more X, Y and Z axes relative to the first control member Signal. For example, a magnetic or mechanical detent defines a center or “zero” input for each of the multiple degrees of freedom of one or more controllers and allows the user to feel a slight increase in force as the control member starts from the center or “zero input” position. Can be used to When recentering the center of the movement range of the controller member along one of the movement degrees of freedom, a slight force change is felt because the "zero input" is restored. This detent force can be felt simultaneously and independently for each degree of freedom commanded from the user's hand.
추가적인 양태들, 이점들, 특징들 및 실시예들이 첨부 도면들과 함께 후술된다. 본원에서 참조된 모든 특허, 특허 출원, 기사, 기타 공보, 문서 및 사물들은 모든 목적을 위해 전체적으로 본원에 포함된다. 포함된 공보, 문서 또는 사물 및 본 출원 사이의 용어 정의 또는 사용에 있어서 불일치 또는 충돌이 있는 한, 본 출원의 것들이 우선한다.Additional aspects, advantages, features and embodiments are described below in conjunction with the accompanying drawings. All patents, patent applications, articles, other publications, documents and objects referenced herein are incorporated herein in their entirety for all purposes. As far as there is a discrepancy or conflict in the definition or use of terms between the publications, documents or things contained therein and this application, those of this application shall prevail.
이하에 청구되는 본 발명의 원리의 이해를 증진시키기 위해, 이제 첨부 도면에 도시된 실시예 또는 예를 참조할 것이다. 특정 실시예들 및 예들을 설명함으로써, 청구범위에 제시된 문자적 용어를 넘어서서 본 발명의 범위를 제한하는 것은 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 설명된 실시예 및 예에 대한 변경 및 추가의 수정은 청구된 주제를 사용하는 중에 가능하며, 따라서 청구된 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다.
도 1은 제어 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 2는 제어 타겟을 제어하기 위한 방법의 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 3a는 한손으로 도 2a 내지 도 2g에 도시된 제어기를 사용하는 사용자의 실시예를 도시하는 측면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 실시예의 단면도이다.
도 3c는 도 3a에 도시된 실시예의 정면도이다.
도 4a는 도 2의 방법에 따른 이동을 실행하는 물리적 또는 가상 차량 제어 타겟의 실시예를 도시한 측면도이다.
도 4b는 도 4a의 방법에 따른 이동을 실행하는 도 4a의 물리적 또는 가상 차량 제어 타겟의 실시예를 예시하는 평면도이다.
도 4c는 도 2의 방법에 따른 이동을 실행하는 도 4a의 물리적 또는 가상 차량 제어 타겟의 실시예를 도시하는 정면도이다.
도 4d는 도 2의 방법에 따른 이동을 수행하는 도구 제어 타겟의 실시예를 도시한 사시도이다.
도 5는 제어 타겟을 제어하기 위한 방법의 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 6은 제어기 구성 방법의 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 7은 한손 제어기의 제 1 대표적인 실시예의 측면도이다.
도 8a는 제 1 위치에 있는 제 2 제어 부재를 위한 피봇팅 플랫폼과 함께, 부분적으로 조립된 한손 제어기의 제 2 대표적인 실시예의 사시도이다.
도 8b는 제 2 위치에 있는 제 2 제어 부재를 위한 피봇팅 플랫폼과 함께, 부분적으로 조립된 한손 제어기의 제 2 대표적인 실시예의 사시도이다.
도 8c는 제 1 제어 부재를 형성하는 하우징의 절반이 제거된, 도 8a 및 도 8b에 도시된 것과 다른 조립 상태의 한손 제어기의 제 2 대표적인 실시예의 사시도이다.
도 9는 엄지 루프(thumb loop) 형태의 2차 제어 부재를 갖는 제어기의 제 3 대표적인 실시예의 사시도를 도시한다.
도 10은 갠트리형 2차 제어 부재를 갖는 제어기의 제 4 대표적인 실시예의 사시도를 도시한다.
도 11은 트랙볼형 2차 제어 부재를 갖는 제어기의 제 5 대표적인 실시예의 사시도를 도시한다.
도 12는 베이스에 장착된 제어기를 갖는 모바일 양손 제어 시스템의 사시도이다.
도 13은 입력 버튼을 갖는 베이스에 장착된 제어기의 사시도이다.
도 14는 유선 베이스에 장착된 한손 제어기의 사시도이다.
도 15는 사용자의 팔뚝에 연결된 브라켓에 장착된 다른 대표적인 예 및 실시예의 한손 제어기의 사시도이다.
도 16은 사용자에 의해 착용된 팔뚝 부착물에 연결된 한손 제어기의 또 다른 대표적인 예 및 실시예의 사시도이다.
도 17은 사용자의 팔뚝에 장착된 커프와 결합된 핸들 제어기의 대표적인 예의 사시도이다.
도 18은 도 17에 도시된 사용자의 팔뚝에 장착된 커프와 결합된 핸들 제어기의 대표적인 예의 측면도이다.
도 19a는 팔뚝 부착물과 손 제어기 사이에 이중 짐벌 링크를 갖는 제어 시스템의 대표적인 예의 평면도이다.
도 19b는 도 19a의 제어 시스템의 측면도이다.
도 19c는 도 19a의 제어 시스템의 사시도이다.
도 19d는 팔뚝 부착물과 손 제어기 사이에 이중 짐벌 링크를 갖는 제어 시스템의 제 2 대표적인 예의 사시도이다.
도 20a는 팔뚝 부착물과 손 제어기 사이에 이중 짐벌 링크를 갖는 제어 시스템의 다른 대표적인 예의 측면도이다.
도 20b는 도 20a의 제어 시스템의 다른 측면도이다.
도 21a 내지 도 21f는 일 실시예에 따른 제어기를 도시한다.
도 22a 내지 도 22f는 일 실시예에 따른 제어기를 도시한다.
도 23은 손 제어기의 측면도이다.
도 24a 및 도 24b는 손 제어기의 다른 실시예의 두 버전을 개략적으로 도시한다.
도 25a 및 도 25b는 손 제어기의 다른 실시예의 2 개의 위치를 도시하고 있다.
도 26은 제어기의 다른 실시예의 개략도이다.
도 27은 손 제어기를 베이스에 분리 가능하게 연결하기 위한 커넥터의 개략도이다.
도 28은 짐벌을 개략적으로 도시한다.
도 29는 도 28의 단면도이다.In order to enhance the understanding of the principles of the invention as claimed below, reference will now be made to the embodiments or examples shown in the accompanying drawings. By describing certain embodiments and examples, it will be understood that it is not intended to limit the scope of the invention beyond the literal terms set forth in the claims. Modifications and further modifications to the described embodiments and examples are possible while using the claimed subject matter, and are therefore contemplated as being within the scope of the claimed invention.
1 is a schematic diagram of an embodiment of a control system.
2 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for controlling a control target.
3A is a side view showing an embodiment of a user using the controller shown in FIGS. 2A-2G with one hand.
3B is a cross-sectional view of the embodiment shown in FIG. 3A.
3C is a front view of the embodiment shown in FIG. 3A.
FIG. 4A is a side view showing an embodiment of a physical or virtual vehicle control target that performs movement according to the method of FIG. 2.
4B is a plan view illustrating an embodiment of the physical or virtual vehicle control target of FIG. 4A performing movement according to the method of FIG. 4A.
4C is a front view showing an embodiment of the physical or virtual vehicle control target of FIG. 4A performing movement according to the method of FIG. 2;
4D is a perspective view showing an embodiment of a tool control target for performing movement according to the method of FIG. 2.
5 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for controlling a control target.
6 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for configuring a controller.
7 is a side view of a first exemplary embodiment of a one-handed controller.
8A is a perspective view of a second exemplary embodiment of a partially assembled one-hand controller, with a pivoting platform for a second control member in a first position.
8B is a perspective view of a second exemplary embodiment of a partially assembled one-hand controller, with a pivoting platform for a second control member in a second position.
8C is a perspective view of a second exemplary embodiment of a one-handed controller in an assembled state different from that shown in FIGS. 8A and 8B, with half of the housing forming the first control member removed.
9 shows a perspective view of a third exemplary embodiment of a controller with a secondary control member in the form of a thumb loop.
10 shows a perspective view of a fourth exemplary embodiment of a controller with a gantry-type secondary control member.
11 shows a perspective view of a fifth exemplary embodiment of a controller having a trackball type secondary control member.
12 is a perspective view of a mobile two-hand control system with a controller mounted on the base.
13 is a perspective view of a controller mounted on a base having an input button.
14 is a perspective view of a one-handed controller mounted on a wired base.
15 is a perspective view of one representative controller of another representative example and embodiment mounted on a bracket connected to a user's forearm.
16 is a perspective view of another representative example and embodiment of a one-handed controller connected to a forearm attachment worn by a user.
17 is a perspective view of a representative example of a handle controller coupled with a cuff mounted on a user's forearm.
18 is a side view of a representative example of a handle controller coupled with a cuff mounted on the user's forearm shown in FIG. 17.
19A is a top view of a representative example of a control system with a dual gimbal link between a forearm attachment and a hand controller.
19B is a side view of the control system of FIG. 19A.
19C is a perspective view of the control system of FIG. 19A.
19D is a perspective view of a second representative example of a control system with a dual gimbal link between a forearm attachment and a hand controller.
20A is a side view of another representative example of a control system having a dual gimbal link between a forearm attachment and a hand controller.
20B is another side view of the control system of FIG. 20A.
21A-21F illustrate a controller according to one embodiment.
22A-22F illustrate a controller according to one embodiment.
23 is a side view of a hand controller.
24A and 24B schematically show two versions of another embodiment of a hand controller.
25A and 25B show two positions of another embodiment of the hand controller.
26 is a schematic diagram of another embodiment of a controller.
27 is a schematic diagram of a connector for detachably connecting the hand controller to the base.
28 schematically shows the gimbal.
29 is a cross-sectional view of FIG. 28.
다음의 도면 및 설명에서, 도면은 반드시 실척인 것은 아니다.In the following drawings and descriptions, the drawings are not necessarily to scale.
본 발명의 특정 특징은 규모 또는 개략적 형태로 과장되어 도시될 수 있다. 명확하거나 간결하게 하기 위해 종래의 또는 이전에 설명된 요소의 세부 사항 또는 존재가 도시되지 않을 수 있다.Certain features of the invention may be exaggerated in scale or schematic form. For the sake of clarity or conciseness, the details or presence of conventional or previously described elements may not be shown.
본 개시의 제어기는 아래에 언급된 적어도 하나의 이점을 여전히 제공하면서 여러 형태로 구현될 수 있다. 후술된 많은 특정 예는 여러 가지 이점을 제공한다. 본 개시는 본 발명의 원리를 예시하는 것으로 간주되어야 하고 본 발명을 본원에 도시되고 설명된 것으로 제한하려는 것이 아님을 이해해야 하고 특정 예들이 상세하게 설명되고 도면에 도시되어 있다. 후술하는 실시예의 상이한 교시가 원하는 결과를 발생시키기 위해 개별적으로 또는 임의의 적절한 조합으로 이용될 수 있음을 충분히 인식해야 한다. 상기에 언급된 다양한 특성뿐만 아니라 아래에 보다 상세하게 설명되는 다른 특징 및 특성은 본 발명의 예시적인 실시예의 하기 설명을 읽고, 명세서에 첨부된 도면을 참조함으로써 당업자에게 명백할 것이다.The controller of the present disclosure can be implemented in several forms while still providing at least one of the advantages mentioned below. Many of the specific examples described below provide several advantages. It should be understood that the present disclosure is to be considered as illustrative of the principles of the invention and is not intended to limit the invention to what is shown and described herein, and specific examples are described in detail and shown in the drawings. It should be fully appreciated that different teachings of the examples described below can be used individually or in any suitable combination to produce the desired results. The various features mentioned above, as well as other features and features described in more detail below, will be apparent to those skilled in the art by reading the following description of exemplary embodiments of the invention and referring to the accompanying drawings in the specification.
본 개시는 사용자가 단일 제어기를 사용하여 최대 6 자유도들(6-DoF)에서 제어 타겟 또는 기준점(POR)을 제어할 수 있게 하는 제어 시스템의 여러 실시예를 기술한다. 일 실시예에서, 통합 손 제어기는 사용자로부터 1, 2 또는 3 개의 추가 입력들의 제 1 세트를 수신하기 위한 제 1 제어 부재 및 사용자로부터 1, 2 또는 3 개의 추가 입력들의 제 2 세트를 수신할 수 있는, 제 1 제어 부재로부터 연장되는 제 2 제어 부재를 포함할 수 있다. 사용자 입력은 사용자가 각각의 제어 부재를 최대 3 자유도들로 변위시킴으로써 발생된다. 이 제어기는 사용자 입력을 타겟 제어 시스템을 제어하는데 사용되는 사전 선택된 출력에 매핑한다. 통합 손 제어기 상의 제 1 제어 부재 및 제 2 제어 부재는 최대 6 자유도들로 제어 타겟을 제어하기 위해 한손으로 사용자에 의해 재배치될 수 있다.This disclosure describes several embodiments of a control system that allows a user to control a control target or reference point (POR) at up to 6 degrees of freedom (6-DoF) using a single controller. In one embodiment, the integrated hand controller can receive a first set of 1, 2 or 3 additional inputs from the user and a first control member for receiving a first set of 1, 2 or 3 additional inputs from the user. The second control member may extend from the first control member. User input is generated by the user displacing each control member with a maximum of 3 degrees of freedom. The controller maps user input to a preselected output used to control the target control system. The first control member and the second control member on the integrated hand controller can be repositioned by the user with one hand to control the control target with up to 6 degrees of freedom.
보다 구체적으로, 후술되는 제어 시스템의 일부 실시예에서, 사용자는 단일 제어기를 사용하여 6-DoF에서 제어 타겟을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 통합 손 제어기는 회전 입력(예: 피치, 요 및 롤)을 수용하기 위한 제 1 제어 부재 및 제 1 제어 부재로부터 연장되고 병진 입력(예: x, y 및 z 축을 따라 이동)을 수신하기 위한 제 2 제어 부재를 포함할 수 있다. 대안적으로, 사용자는 이러한 제어 시스템 입력을 수행되고 있는 작동에 바람직하거나 필요에 따라 다른 좌표계로 프로그래밍할 수 있다. 아래에 추가로 상세히 설명되는 바와 같이, 통합 손 제어기상의 제 1 제어 부재 및 제 2 제어 부재는 6-DoF에서 제어 타겟을 제어하기 위해 한손으로 사용자에 의해 재배치될 수 있다.More specifically, in some embodiments of the control system described below, a user can control a control target at 6-DoF using a single controller. In one embodiment, the integrated hand controller extends from the first control member and the first control member to receive rotational inputs (eg pitch, yaw and roll) and translates (eg, moves along the x, y and z axes) It may include a second control member for receiving. Alternatively, the user can program this control system input into a different coordinate system as desired or necessary for the operation being performed. As described in further detail below, the first control member and the second control member on the integrated hand controller can be repositioned by the user with one hand to control the control target in 6-DoF.
후술된 실시예는 종래의 손 제어기와 비교하여 하나 이상의 추가 특징을 갖는 개선된 한손 제어기의 예이다. 이러한 추가적인 특징 및 개선은 다음을 포함한다: 제어기의 제 1 부재를 파지할 때 사용자의 엄지에 의해 제어되는 제 2 부재에 대한 개선된 Z 축 스프링 힘 및 자체 센터링/제로잉 능력(zeroing capability); X 및 Y 축을 따라 제 2 부재를 이동시키기 위해 제 1 부재의 상단의 더 큰 갠트리; 제 2 제어 부재를 위한 교체 가능하거나 크기 조정 가능한 엄지 루프; 보행 사용(ambulatory use)을 위한 팔뚝 또는 손목 안정 장치(드론 적용에 사용하고 가상/증강 현실과 통합하는 것과 같이 X, Y 및 Z 축을 따라 병진하기 위한 전위차계, 홀 효과 센서 또는 광학 인코더); 개선된 CAD 객체 조작을 위한 마우스 기반 구현; 및 상술된 특징 중 임의의 둘 이상의 조합.The embodiments described below are examples of improved one-handed controllers with one or more additional features compared to conventional hand controllers. These additional features and improvements include: improved Z axis spring force and self centering/zeroing capability for the second member controlled by the user's thumb when gripping the first member of the controller; A larger gantry at the top of the first member to move the second member along the X and Y axes; A replaceable or resizable thumb loop for the second control member; Forearm or wrist stabilizers for ambulatory use (potentiometers, Hall effect sensors or optical encoders for translation along the X, Y and Z axes, such as those used in drone applications and integrated with virtual/augmented reality); Mouse-based implementation for improved CAD object manipulation; And combinations of any two or more of the foregoing features.
이러한 특징들 중 하나 이상과 그 변형을 갖는 손 제어기는 비행 시뮬레이션, CAD(Computer Aided Design), 드론 비행, 고정 날개 및 회전 날개 비행, 컴퓨터 게임, 가상 및 증강 현실 탐색, 공중 급유, 외과용 로봇 공학, 지상 및 해상 로봇 제어 및 그 중 일부가 후술되어 있는 그 밖의 많은 것들에서 사용될 수 있다. Hand controllers with one or more of these features and their variations include flight simulation, computer aided design (CAD), drone flight, fixed and rotating wing flight, computer games, virtual and augmented reality exploration, aerial refueling, and surgical robotics. , Ground and maritime robot controls and some of them can be used in many others described below.
먼저 도 1을 참조하면, 6-DoF에서 제어 타겟을 제어하기 위한 제어 시스템(100)이 도시된다. 제어 시스템(100)은 제어 타겟(106)에 추가로 결합된 신호 변환 시스템(104)에 결합된 제어기(102)를 포함한다. 일 실시예에서, 제어 타겟(106)은 엔드 이펙터(예: 로봇 집게의 단부, 스네어를 갖는 로봇 팔 엔드 이펙터), 카메라 시야(예: 카메라 중심 시야 및 줌을 포함), 차량 속도 벡터 등을 포함할 수 있다. 제어기(102) 및 신호 변환 시스템(104)은 개별적으로 도시되어 있지만, 당업자는 제어기(102) 및 신호 변환 시스템(104)의 일부 또는 전부가 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 결합될 수 있음을 인식할 것이다.Referring first to FIG. 1, a
제어기(102)는 제 1 제어 부재(102a) 및 제 1 제어 부재(102a) 상에 위치된 제 2 제어 부재(102b)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제어기(102)는 또한 제 1 제어 부재(102a) 상에 위치된 제 3 제어 부재(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 이 설명에서, 제어기(102)는 달리 지시되지 않는 한 본원에 기술된 모든 제어기를 대표하도록 의도된다. 제어기 프로세서(102c)는 제 1 제어 부재(102a) 및 제 2 제어 부재(102b) 각각에 결합된다. 일 실시예에서, 제어기 프로세서(102c)는 중심 처리 장치, 프로그램 가능 논리 제어기 및/또는 당업자에게 공지된 다양한 다른 프로세서일 수 있다. 제어기 프로세서(102c)는 또한 회전 모듈(102d), 변환 모듈(102e) 및 트랜스미터(102f) 각각에 결합된다. 추가로 상세하게 도시되거나 설명되지 않았지만, 본 개시의 범위를 유지하면서 제 1 제어 부재(102a), 제 2 제어 부재(102b), 제어기 프로세서(102c), 회전 모듈(102d), 변환 모듈(102e) 및 트랜스미터(102f) 사이에 다른 연결 및 결합이 존재할 수 있다. 또한, 제어기의 구성요소는 본 개시의 범위를 유지하면서 당업자에게 공지된 다른 구성요소와 조합되거나 대체될 수 있다.The
제어 시스템(100)의 신호 변환 시스템(104)은 유선 연결, 무선 연결 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다양한 다른 연결을 통해 제어기(102)의 트랜스미터(102f)에 결합될 수 있는 트랜시버(104a)를 포함한다. 변환 프로세서(104b)는 트랜시버(104a), 제어 모듈(104c), 및 메모리, 저장 디바이스 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다른 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 포함될 수 있는 구성 파라미터(104d)에 결합된다. 일 실시예에서, 변환 프로세서(104b)는 중심 처리 장치, 프로그램 가능 논리 제어기 및/또는 당업자에게 공지된 다양한 다른 프로세서일 수 있다. 더 상세하게 도시되거나 설명되지 않았지만, 본 개시의 범위를 유지하면서 트랜시버(104a), 변환 프로세서(104b), 제어 모듈(104c) 및 구성 파라미터(104d) 사이에 다른 연결 및 결합이 존재할 수 있다. 또한, 신호 변환 시스템(104)의 구성요소는 본 개시의 범위를 유지하면서 당업자에게 공지된 다른 구성요소와 결합되거나 대체될 수 있다. 제어 모듈(104c)은 유선 연결, 무선 연결 및/또는 당업자에게 공지된 다양한 다른 연결을 통해 제어 타겟(106)에 결합될 수 있다.The
일 실시예에서, 제어기(102)는 제 1 제어 부재(102a) 및/또는 제 2 제어 부재(102b)를 통해 사용자로부터 입력을 수신하고 입력에 기초하여 신호를 전송하도록 구성된다. 예컨대, 제어기(102)는 가상 환경(예: 비디오 게임, 실제 시뮬레이터, 원격 제어 가상/실제 제어 시스템의 일부로서 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다른 다양한 가상 환경)에서 탐색하기 위한 "조이스틱"으로서 제공될 수 있다. 다른 예에서, 제어기(102)는 차량(예: 항공기, 잠수정, 우주선 및/또는 당업자에게 공지된 다양한 다른 차량)을 제어하기 위한 제어 스틱으로서 제공될 수 있다. 다른 예에서, 제어기(102)는 로봇 또는 다른 비 차량 디바이스(예: 수술 디바이스, 조립 디바이스, 및/또는 당업자에게 공지된 다양한 다른 비 차량 디바이스)를 제어하기 위한 제어 스틱으로서 제공될 수 있다.In one embodiment, the
아래에서 추가로 상세히 논의되는 실시예에서, 제어기(102)는 사용자에 의해 재배치되도록 구성된 제 1 제어 부재(102a)로서 제어 스틱을 포함한다. 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)의 재배치는 피치 입력, 요 입력 및 롤 입력을 포함하는 제 1 제어 부재(102a)를 사용하여 사용자가 회전 입력을 제공할 수 있게 하고, 제어기 프로세서(102c)가 피치 이동 출력 신호, 요 이동 출력 신호 및 롤 이동 출력 신호를 포함하는 회전 이동 출력 신호를 출력하게 한다. 특히, 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)를 전후로 기울이면, 피치 이동 출력 신호를 발생시키는 피치 입력을 제공할 수 있고, 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)를 길이방향 축 둘레로 옆으로 회전시키면, 요 이동 출력 신호를 발생시키는 요 입력을 제공할 수 있고, 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)를 옆으로 기울이면, 롤 이동 출력 신호를 발생시키는 롤 입력을 제공할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 제 1 제어 부재(102a)의 재배치로부터 발생하는 이동 출력 신호는 제 1 제어 부재(102a)의 상술된 것과 유사한 이동이 결과적으로 상이한 입력 및 이동 출력 신호가 되도록 상술된 것으로부터 재구성될 수 있다[예:제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)를 옆으로 기울이는 것은 요 이동 출력 신호를 발생시키는 요 입력을 제공하도록 구성될 수 있는 반면 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)를 길이방향 축 둘레로 회전시키는 것은 롤 이동 출력 신호롤 발생하는 롤 입력을 제공하도록 구성될 수 있다]In the embodiments discussed in further detail below, the
제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)를 사용하는 회전 입력은 회전 모듈(102d)을 사용하여 검출 및/또는 측정될 수 있다. 예컨대, 회전 모듈(102d)은 상술된 피치 입력, 요 입력 및 롤 입력 중 하나 이상으로서 시작 위치로부터 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)의 변위를 검출하기 위한 변위 검출기를 포함할 수 있다. 변위 검출기는 광선, 회전 및/또는 선형 전위차계, 유도 결합 코일(홀 효과 센서), 물리적 액추에이터, 자이로스코프, 스위치, 트랜스듀서 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다양한 다른 변위 검출기를 검출하기 위한 광 검출기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 회전 모듈(102d)은 공간의 시작 위치로부터 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)의 변위를 검출하기 위한 가속도계를 포함할 수 있다. 예컨대, 가속도계는 관성 기준 프레임에 대한 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)의 적절한 가속도를 각각 측정할 수 있다.The rotation input using the
다른 실시예에서, 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)를 사용하는 입력은 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)의 3 개의 이동 범위들(예: 전후 이동, 및 측방향 이동, 길이방향 축 둘레의 회전) 각각에 대한 브레이크아웃 스위치, 트랜스듀서 및/또는 다이렉트 스위치를 사용하여 검출 및/또는 측정될 수 있다. 예컨대, 브레이크아웃 스위치는 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)가 각각의 회전 범위에 대해 널 위치로부터 초기에 이동될 때(예: 2 °)를 검출하기 위해 사용될 수 있고, 트랜스듀서는 각각의 이동 범위에 대해 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)의 변위에 비례하는 신호를 제공할 수 있고, 다이렉트 스위치는 각각의 이동 범위에 대해 널 위치로부터 추가로 이동될 때(예: 12 °)를 검출할 수 있다. 브레이크아웃 스위치 및 다이렉트 스위치는 또한 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)의 가속도가 검출될 수 있게 한다. 일 실시예에서, 제어 시스템(100)이 내결함성을 갖는 것을 보장하기 위해 중복 검출기(redundant detector) 및/또는 스위치가 제어기(102)에 제공될 수 있다.In another embodiment, the input using the
아래에서 추가로 상세히 논의되는 실시예에서, 제 2 제어 부재(102b)는 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)의 상단 원위 부분으로부터 연장되고 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)와 독립적으로 및 제어 스틱의 제 1 제어 부재에 대해 사용자에 의해 재배치되도록 구성된다. 아래에 논의되는 제 2 제어 부재(102b)의 재배치는 사용자가 x 축 입력, y 축 입력 및 z 축 입력을 포함하는 제 2 제어 부재(102b)를 사용하여 병진 입력을 제공할 수 있게 하고, 제어 프로세서(102c)가 x 축 이동 출력 신호, y 축 이동 출력 신호 및 z 축 이동 출력 신호를 포함하는 병진 이동 출력 신호를 출력하게 한다. 예컨대, 제 2 제어 부재(102b)를 전후로 기울이면, x 축 이동 출력 신호를 발생시키는 x 축 입력을 제공할 수 있고, 제 2 제어 부재(102b)를 옆으로 기울이면, y 축 이동 출력 신홀르 발생하는 y 축 입력을 제공할 수 있고, 제 2 제어 부재(102b)를 상하로 이동시키면, z 축 이동 출력 신호를 발생시키는 z 축 입력을 제공할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 제 2 제어 부재(102b)의 재배치로부터 발생하는 신호는 상술된 것과 유사한 제 2 제어 부재(102b)의 이동이 결과적으로 상이한 입력 및 이동 출력 신호가 되도록 상술된 것으로부터 재구성될 수 있다[예: 제 2 제어 부재(102b)를 전후 방향으로 이동시키는 것은 z 축 이동 출력 신호를 발생시키는 z 축 입력을 제공하도록 구성될 수 있는 반면, 제 2 제어 부재(102b)를 상하로 이동시키는 것은 x 축 입력을 제공하도록 구성될 수 있다]. 일 실시예에서, 제 2 제어 부재(102b)는 사용자가 엄지를 포함하는 손으로 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)를 파지하면서 사용자의 엄지에 의해서만 재배치되도록 구성된다.In the embodiments discussed in further detail below, the
제 2 제어 부재(102b)를 사용하는 병진 입력은 병진 모듈(102e)을 사용하여 검출 및/또는 측정될 수 있다. 예컨대, 병진 모듈(102e)은 상술된 x 축 입력, y 축 입력, 및 z 축 입력 중 하나 이상으로서 시작 위치로부터 제 2 제어 부재(102b)의 변위를 검출하기 위한 병진 검출기를 포함할 수 있다. 병진 검출기는 물리적 액추에이터, 병진 가속도계 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다양한 다른 병진 검출기를 포함할 수 있다(예: 회전 입력을 검출 및/또는 측정하기 위해 상술된 많은 검출기들 및 스위치들은 병진 입력을 감지 및/또는 측정하기 위해 용도 변경될 수 있다.)The translational input using the
제 1 제어 부재(102a)는 회전 입력으로 제한되지 않으며 제 2 제어 부재(102b)는 병진 입력으로 제한되지 않음을 이해해야 한다. 예컨대, 제 1 제어 부재(102a)는 병진 입력에 대응할 수 있는 반면, 제 2 제어 부재(102b)는 회전 입력에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 회전 또는 병진 이동과 관련된 입력은 사용자 선호도에 기초할 수 있다.It should be understood that the
일 실시예에서, 제어기(102)의 제어기 프로세서(102c)는 트랜스미터(102f)에 의해 전송될 제어 신호를 발생하도록 구성된다. 상술된 바와 같이, 제어기 프로세서(102c)는 회전 모듈(102d)에 의해 검출 및/또는 측정된 하나 이상의 회전 입력 및/또는 병진 모듈(102e)에 의해 검출 및/또는 측정된 하나 이상의 병진 입력에 기초하여 제어 신호를 발생하도록 구성될 수 있다. 제어기 프로세서(102c)에 의해 발생된 제어 신호는 6-DoF(즉, 피치, 요, 롤, x 축을 따라 이동, y 축을 따라 이동, z 축을 따라 이동)중 하나 이상에 대한 이동 출력 신호들을 규정하는 파라미터들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 개별 제어 신호 유형(예: 요 출력 신호, 피치 출력 신호, 롤 출력 신호, x 축 이동 출력 신호, y 축 이동 출력 신호 및 z 축 이동 출력 신호)은 개별 제어 신호를 발생시키는 각각의 개별 미리 한정된 이동[예: 피치 입력을 제공하기 위한 제 1 제어 부재(102a) 이동, 요 입력을 제공하기 위한 제 1 제어 부재(102a) 이동, 롤 입력을 제공하기 위한 제 1 제어 부재(102a), x 축 입력을 제공하기 위한 제 2 제어 부재(102b) 이동, y 축 입력을 제공하기 위한 제 2 제어 부재(102b) 이동, 및 z 축 입력을 제공하기 위한 제 2 제어 부재(102b) 이동]에 대해서 발생된다. 6-DoF 제어 외에, ON/OFF, 트림 및 기타 다기능 명령과 같은 개별 기능이 제어 타겟으로 전송될 수 있다. 반대로, 데이터 또는 피드백은 제어기(102) 상에서 수신될 수 있다[예: LED와 같은 표시기는 제어기(102)가 켜져 있음을 나타내기 위해 녹색으로 조명될 수 있다].In one embodiment, controller processor 102c of
일 실시예에서, 제어기(102)의 트랜스미터(102f)는 유선 또는 무선 연결을 통해 제어 신호를 전송하도록 구성된다. 예컨대, 제어 신호는 무선 주파수("RF") 신호, 적외선("IR") 신호, 가시광 신호 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다양한 다른 제어 신호 중 하나 이상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 트랜스미터(102f)는 BLUETOOTH® 프로토콜에 따라 RF 신호로서 제어 신호를 전송하도록 구성된 BLUETOOTH® 트랜스미터일 수 있다(BLUETOOTH®는 비공개로 유지되는 미국 워싱턴 커클랜드에 본사를 둔 영리 무역 협회인 블루투스 특별 관심 그룹의 등록 상표이다).In one embodiment, the
일 실시예에서, 신호 변환 시스템(104)의 트랜시버(104a)는 상술된 유선 또는 무선 연결을 통해 제어기(102)의 트랜스미터(102f)에 의해 전송된 제어 신호를 수신하고, 수신된 제어 신호를 신호 변환 시스템(104)의 변환 프로세서(104b)에 제공하도록 구성된다.In one embodiment, the
일 실시예에서, 변환 프로세서(104b)는 제어기(102)로부터 수신된 제어 신호를 처리하도록 구성된다. 예컨대, 변환 프로세서(104b)는 변환 프로세서(104b)에 의해 실행될 때, 변환 프로세서(104b)가 제어 신호를 이동 명령으로 변환하고 신호 변환 시스템(104)의 제어 모듈(104c)을 사용하여 이동 명령에 따라 제어 타겟(106)을 제어하도록 구성된 제어 프로그램을 제공하게 하는 지시를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 변환 프로세서(104b)는 제어 신호를 가상 3 차원("3D") 환경(예: 수술 환자의 가상 표현, 비디오 게임, 시뮬레이터 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다양한 다른 가상 3D 환경)에 대한 이동 명령으로 변환할 수 있다. 따라서, 제어 타겟(106)은 가상 공간에 존재할 수 있고, 사용자는 제어 타겟 내부의 시점으로부터 가상 환경의 시점 또는 가상 표현을 제공받을 수 있다[즉, 제어 시스템(100)은 사용자에게 가상 환경의 제어 타겟으로부터 시점을 제공하는 디스플레이를 포함할 수 있다]. 다른 예에서, 제어 타겟(106)은 로봇, 엔드 이펙터, 수술 도구, 리프팅 시스템 등과 같은 물리적 디바이스, 및/또는 무인 또는 원격 조종 차량(예: "드론"); 유인, 무인 또는 원격 조종 차량 및 육상 선박; 유인, 무인 또는 원격 조종 항공기; 유인, 무인 또는 원격 조종된 선박; 유인, 무인 또는 원격 조종된 잠수정; 유인, 무인 또는 원격 조종 우주선, 로켓, 위성 등과 같은 차량들을 제한없이 포함하는 다양한 조종 가능한 기계적 디바이스일 수 있다. In one embodiment,
일 실시예에서, 신호 변환 시스템(104)의 제어 모듈(104c)은 신호 변환 시스템(104)에서 제어 프로그램으로부터 제공된 이동 명령에 기초하여 제어 타겟(106)의 이동을 제어하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 제어 타겟(106)이 가상 환경에 있다면, 제어 모듈(104c)은 가상 환경 내에서 가상 표현 또는 시점을 이동시키기 위한 API(application programming interface)를 포함할 수 있다. API는 또한 예컨대 충돌 피드백과 같은 가상 환경으로부터의 피드백을 제어 모듈(104c)에 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 타겟(106)으로부터의 피드백은 제어 모듈(104c)이 예컨대 지정된 영역(예: 실제 또는 가상 환경의 객체, 실제 또는 가상 환자 등의 임계 영역)과의 충돌과의 충돌을 피하기 위해 제어 타겟의 이동을 자동으로 조정할 수 있게 한다. 다른 실시예들에서, 제어 타겟(106)이 물리적 디바이스인 경우, 제어 모듈(104c)은 물리적 디바이스의 이동을 제어하기 위한 하나 이상의 제어기를 포함할 수 있다. 예컨대, 신호 변환 시스템(104)은 차량에 탑재될 수 있고, 제어 모듈(104c)은 차량의 다양한 추진 및/또는 조종 메커니즘을 제어하기 위한 다양한 물리적 제어기를 포함할 수 있다.In one embodiment, the control module 104c of the
일 실시예에서, 신호 변환 시스템(104)은 제어기(102)로부터의 신호를 사용하여 이동 명령을 발생할 때 변환 프로세서(104b)에 의해 사용하기 위한 구성 파라미터(104d)를 포함한다. 작동 파라미터는 이득(gain)(즉, 감도), 개시 속도(즉, 지연), 데드밴드(deadband)(즉, 중립), 한계(즉, 최대 각도 변위) 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다양한 다른 작동 파라미터를 포함하지만, 이들에 국한되지 않는다. 일 실시예에서, 제 1 제어 부재(102a) 및 제 2 제어 부재(102b)의 이득은 사용자에 의해 독립적으로 정의될 수 있다. 이 예에서, 제 2 제어 부재(102b)는 예컨대 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)보다 작은 이동 범위를 갖는 제 2 제어 부재(102b)를 보상하기 위해 제어 스틱의 제 1 제어 부재(102a)에 비해 감도가 증가될 수 있다. 유사하게, 제 1 제어 부재(102a) 및 제 2 제어 부재(102b)에 대한 개시 속도는 제 1 제어 부재(102a) 및 제 2 제어 부재의 재배치가 제어 타겟(106)의 실제 이동으로 변환되기 전에 통과해야 하는 시간의 양(즉, 지연)을 결정하기 위해 독립적으로 정의될 수 있다. 제 1 제어 부재(102a) 및 제 2 제어 부재(102b)의 한계 및 데드밴드는 각각의 중립 및 최대 위치를 캘리브레이션함으로써 독립적으로 정의될 수 있다.In one embodiment,
일 실시예에서, 작동 파라미터는 또한 제 1 제어 부재(102a) 및 제 2 제어 부재(102b)의 상이한 이동에 응답하여 제어기(102)로부터 전송된 신호가 제어 타겟으로 전송되는 이동 명령으로 변환되는 방식을 정의할 수 있다. 상술된 바와 같이, 제 1 제어 부재(102a)의 특정 이동은 피치, 요 및 롤 회전 이동 출력 신호를 발생할 수 있는 반면, 제 2 제어 부재(102b)의 특정 이동은 x 축, y 축 및 z 축 병진 이동 출력 신호를 발생할 수 있다. 일 실시예에서, 작동 파라미터는 제 1 제어 부재(102a) 및 제 2 제어 부재(102b)로부터의 이동 및 그에 따른 이동 출력 신호에 응답하여 어느 이동 명령이 제어 타겟(106)로 전송되는 지를 정의할 수 있다.In one embodiment, the operating parameters are also such that the signal transmitted from the
도 7 내지 도 20b에 도시된 것과 같은 한손 제어기는 최대 6 자유도 제어를 제공할 수 있다. 많은 유형의 물리적 및 가상 3D 환경에서의 적용을 위해, 우주선 또는 여러 유형의 항공기 이동 또는 특정 컴퓨터 게임 및 가상 현실 및 증강 현실 환경과 같은 6의 자유도들이 모두 필요할 수 있다. 이들 중 많은 경우에, 그것들을 관리하는 가장 좋은 방법은 제 2 제어 부재의 변위에 의해 발생된 x 축, y 축 및 z 축 병진 출력 신호를 x 축, y 축 및 z 축 이동으로 매핑하고, 제 1 제어 부재의 변위에 의해 발생된 피치, 롤 및 요 회전 출력 신호를 사용하여 타겟 적용에서 피치, 롤 및 요를 제어하는 회전 제어 출력 신호를 제공하는 것이다. One-handed controllers such as those shown in FIGS. 7-20B can provide up to six degrees of freedom control. For applications in many types of physical and virtual 3D environments, all six degrees of freedom may be required, such as spacecraft or multiple types of aircraft movement or certain computer games and virtual and augmented reality environments. In many of these cases, the best way to manage them is to map the x-axis, y-axis and z-axis translational output signals generated by the displacement of the second control member to x-axis, y-axis and z-axis movement, and 1 It is to provide a rotation control output signal for controlling pitch, roll and yaw in target application using a pitch, roll and yaw rotation output signal generated by displacement of the control member.
그러나 드론 비행과 같은 다른 많은 적용 분야에서는, 4 개의 명령 축만 필요한 경우 손 제어기가 비지배 손에 의해 안정화되거나 팔뚝 브레이스와 결합된 제어기의 고정 베이스에 장착되어 있는지 여부에 따라 사용자 입력이 다른 방식으로 분할될 수 있다. 예컨대, 손 제어기를 지지하고 기준 프레임을 제공하기 위해 팔뚝 브레이스를 사용할 때, 제 2 부재를 사용하여 드론의 y 축 이동을 제어하지만 제 1 제어 부재를 사용하여 x 축 이동과 요를 제어하는 것이 더욱 바람직할 수 있다. 제어기의 개별 입력 "디바이스"는 쉽게 프로그래밍할 수 있기 때문에, 사용자는 사용자가 원하는 입력 및 축들의 조합을 선택할 수 있다.However, in many other applications, such as drone flight, if only four command axes are required, the user input is divided in different ways depending on whether the hand controller is stabilized by a non-dominant hand or mounted on the fixed base of the controller combined with the forearm brace. Can be. For example, when using the forearm brace to support the hand controller and provide a reference frame, the second member is used to control the drone's y-axis movement, but the first control member is used to control the x-axis movement and yaw. It may be desirable. Since the individual input "devices" of the controller are easily programmable, the user can select the desired combination of inputs and axes.
일부 실시예들에서, 구성 파라미터들(104d)은 사용자에 의해 작동되는 외부 컴퓨팅 디바이스(도시되지 않음)로부터 수신될 수 있다. 예컨대, 외부 컴퓨팅 디바이스는 제어기(102) 및/또는 신호 변환 시스템(104)과 인터페이스하기 위한 소프트웨어로 미리 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 구성 파라미터(104d)는 제어기(102) 또는 신호 변환 시스템(104)에 포함된 디스플레이 스크린을 사용하여 사용자에 의해 직접 입력될 수 있다. 예컨대, 제 1 제어 부재(102a) 및/또는 제 2 제어 부재(102b)는 구성 파라미터(104d)를 정의하기 위한 구성 메뉴를 탐색하는데 사용될 수 있다.In some embodiments,
이제 도 2 및 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 제어 타겟을 제어하기 위한 방법(400)이 한손 제어기로서 하나를 사용하여 도시된다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 제어기는 제어 출력들의 제 1 세트를 발생시키기 위해 변위될 수 있고 사용자의 손에 의해 파지된 제 1 제어 부재와 제 1 제어 부재 상에 위치하여 제 1 제어 부재를 파지하는 손의 엄지에 의해 조작되어 제어 출력들의 제 2 세트를 발생시키는 제 2 제어 부재를 갖는 한손 제어기를 나타낸다. 본원에 기재된 임의의 한손 제어기는 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 이들 도면과 관련하여 설명된 방법과 함께 사용될 수 있다. 본원에 기술된 다른 방법의 경우와 같이, 다양한 실시예는 후술되는 모든 단계를 포함하지 않을 수 있고, 추가 단계를 포함할 수 있으며, 단계를 다르게 순서화할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 특정 단계의 배열은 제어 타겟의 이동을 제어하는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.Referring now to FIGS. 2 and 3A-3C, a
방법(400)은 입력이 사용자로부터 수신되는 블록(402)에서 시작한다. 상술된 바와 같이, 사용자는 제 2 제어 부재 상의 엄지 손가락을 사용하면서 제 1 제어 부재를 손으로 파지할 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 사용자는 제 2 제어 부재(208)에 의해 정의된 엄지 채널을 통해 엄지 손가락(402b)을 연장하면서 손(402a)으로 제 1 제어 부재(204)를 파지할 수 있다. 또한, 사용자는 제어 버튼(206) 위에 손가락(402c)을 위치시킬 수 있다. 당업자는 엄지 작동을 위해 위치된 제 2 제어 부재(208) 및 손가락 작동을 위한 제어 버튼(206)을 갖는 특정 실시예가 도시되어 있지만, 제 2 제어 부재(208)의 재배치(예: 엄지 이외의 손가락에 의한 작동을 위한), 제어 버튼(206)의 재배치(예: 도 3a 내지 도 3c에 도시된 손가락 이외의 손가락에 의한 작동을 위한), 추가 제어 버튼 및 다양한 다른 특징들을 포함하는 다른 실시예들도 본 개시의 범위 내에 속한다.
일 실시예에서, 방법(400)의 블록(402)에서 사용자로부터의 입력은 예컨대, 제어기를 사용하여 사용자에 의해 제공되는 하나 이상의 회전 입력(즉, 요 입력, 피치 입력 및 롤 입력) 및 하나 이상의 병진 입력(즉, x 축, y 축 및/또는 z 축을 따른 이동)을 포함할 수 있다. 사용자는 제 1 제어 부재를 재배치하여 회전 입력을 제공하고 제 2 제어 부재를 재배치하여 병진 입력을 제공할 수 있다. 제어기는 사용자의 한손으로 작동될 수 있다는 점에서 "통합"되어 있다. 다시 말해서, 제어기는 사용자가 교차 결합 입력없이 한손으로 회전 입력 및 병진 입력을 동시에 제공할 수 있게 한다(즉, 손 제어기로부터의 출력은 "완전(pure)"하다).In one embodiment, the input from the user at
상술된 바와 같이, 회전 및 병진 입력은 광선, 회전 및/또는 선형 전위차계, 유도 결합 코일, 물리적 액추에이터, 자이로스코프, 가속도계 및 하나 이상의 당업자에게 공지된 다양한 다른 디바이스를 검출하기 위한 광 검출기와 같은 다양한 디바이스를 사용하여 검출될 수 있다. 제 1 제어 부재 및 제 2 제어 부재의 이동의 특정 예 및 제어 타겟(106)에 대한 그들의 결과는 후술되지만, 상술된 바와 같이, 제 1 제어 부재 및 제 2 제어 부재의 임의의 이동은 사용자의 요구에 따라 재프로그래밍되거나(사용자의 요구에 기초하여 좌표 시스템을 교환함으로써 기준 프레임을 재프로그래밍하는 것을 포함함) 또는 용도 변경될 수 있고, 따라서 아래의 논의는 본 개시의 일 실시예의 예시일 뿐이다.As described above, the rotational and translational inputs are various devices such as light, rotational and/or linear potentiometers, inductively coupled coils, physical actuators, gyroscopes, accelerometers and photo detectors for detecting various other devices known to one or more skilled artisans. It can be detected using. Specific examples of the movement of the first control member and the second control member and their results on the
이제 도 3a 내지 도 3c를 주로 참조하지만 도 2의 방법(400) 및 도 1의 제어 시스템(100)을 계속 참조하면, 제어기(200)가 보다 상세하게 제시된다. 일 실시예에서, 제어기(200)는 도 1을 참조하여 상술된 제어기(102)일 수 있다. 제어기(200)는 베이스(202)로부터 연장되고 제 1 제어 부재 장착 공동(202b)을 형성하는 제 1 제어 부재 장착부(202a)를 포함하는 베이스(202)를 포함한다. 베이스(202)는 예컨대 베이스(202)의 원주 주위에 이격된 배향으로 위치되고 스크류와 같은 체결 부재를 수용하도록 구성되는 개구(202c)를 사용하여 지지부에 장착될 수 있다. 대안적으로, 가이드 설치 및 해제 또는 다른 기계적, 자기적 또는 당업계에 공지된 다른 접착제 고정 메커니즘을 갖는 도브테일 피팅이 이용될 수 있다. 도 1을 참조하여 상술된 제 1 제어 부재(102a)일 수 있는 제 1 제어 부재(204)는 도 3b에 도시된 바와 같이 제 1 제어 부재 장착 공동(202b)에 위치된 베이스 결합 부재(204a)를 통해 베이스(200)에 결합된다. 도시된 실시예에서, 베이스 결합 부재(204a)와 제 1 제어 부재 장착부(202a) 사이의 결합은 볼-조인트 결합으로 도시되고 기술되었지만, 당업자는 베이스(202)와 제 1 제어 부재(204) 사이의 다양한 다른 결합들이 본 개시의 범위 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 일 실시예에서, 예컨대 스프링과 같은 탄성 부재(205)는 제 1 제어 부재(204)의 길이방향 축을 따라 위 또는 아래로 탄성 이동을 제공하기 위해 제 1 제어 부재 장착 공동(202b)에서 제 1 제어 부재(204)와 베이스(202) 사이에 위치될 수 있다. 또한, 제 1 제어 부재(204)의 상향 이동을 제한하기 위해 탄성 부재(205)로부터 베이스 결합 부재(204a) 반대편에 탄성 부재가 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 제어 부재 장착 공동(202b)에 대한 진입구는 제 1 제어 부재(204)가 베이스(202)에 고정되도록 베이스 결합 부재(204a)보다 작을 수 있다.Reference is now mainly made to FIGS. 3A-3C but with continued reference to the
제 1 제어 부재(204)는 베이스 결합 부재(204a)로부터 연장되는 세장형 제 1 섹션(204b)을 포함한다. 제 1 제어 부재(204)는 또한 베이스 결합 부재(204a)로부터 제 1 섹션(204b)의 반대편인 제 1 제어 부재(204)의 제 1 섹션(204b)에 결합되는 파지 부분(204c)을 포함한다. 제 1 제어 부재(204)의 파지 부분(204c)은 제 1 제어 부재(204)의 제 1 섹션(204b)으로부터 파지 부분(204c) 반대편에 위치한 상단 표면(204d)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 파지 부분(204c)의 상단 표면(204d)은 또한 제 1 제어 부재(204)의 상단 표면이다. 파지 부분(204c)은 상단 표면(204d)으로부터 파지 부분(204c) 내로 연장되는 제 2 제어 부재 장착 공동(204e)을 형성한다. 제어 버튼(206)은 제 1 섹션(204b)과 파지 부분(204c)의 접합부에서 제 1 제어 부재(204) 상에 위치된다. 단일 제어 버튼(206)이 도시되어 있지만, 당업자는 복수의 제어 버튼이 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 제어 부재(204) 상의 상이한 위치에 제공될 수 있음을 인식할 것이다.The
도 1을 참조하여 상술된 제 2 제어 부재(102b)일 수 있는 제 2 제어 부재(208)는 도 3b에 도시된 바와 같이 제 2 제어 부재 장착 공동(204e)에 위치된 제 1 제어 부재 결합 부재(208a)를 통해 제 1 제어 부재(204)에 결합된다. 도시된 실시예에서, 제 1 제어 부재 결합 부재(208a)와 제 1 제어 부재(204) 사이의 결합은 볼-조인트 결합으로서 도시되고 기술되었지만, 당업자는 제어 부재(204)와 제 2 제어 부재(208) 사이의 다양한 다른 결합이 본 개시의 범위 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 일 실시예에서, 예컨대 스프링과 같은 탄성 부재(209)는 파지 부분(204c)의 상단 표면(204d)에 일반적으로 직각인 방향으로 탄성 부재를 위 또는 아래로 제공하기 위해 제 2 제어 부재 장착 공동(204e)에서 제 2 제어 부재(208)와 제 1 제어 부재(204) 사이에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 2 제어 부재 장착 공동(204e)의 진입구는 제 2 제어 부재(208)가 제 1 제어 부재(204)에 고정되고 제 1 제어 부재로부터 연장되도록 제 1 제어 부재 결합 부재(208a)보다 작을 수 있다.The
제 2 제어 부재(208)는 제 1 제어 부재 결합 부재(208a)로부터 연장되는 지지 부분(208b)을 포함한다. 제 2 제어 부재(208)는 또한 제 1 제어 부재 결합 부재(208a)의 지지 부분(208b)의 반대편인 제 1 제어 부재(204)의 지지 부분(208b)에 결합되는 작동 부분(208c)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 제 2 제어 부재(208)의 작동 부분(208c)은 제 2 제어 부재(208)의 작동 부분(208c)을 통해 연장되는 엄지 채널을 형성한다. 특정 작동 부분(208c)이 도시되어 있지만, 당업자는 작동 부분(208c)은 상이한 구조를 가질 수 있고 본 개시의 범주 내에 유지되면서 다양한 다른 특징들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.The
도 3b는 제 2 제어 부재(208)로부터 제어기(200)를 통해 연장되고 제 1 제어 부재(204)[제어 버튼(206)에 연결됨]를 통해서 베이스(202)로 연장되는 케이블링(210)을 도시한다. 명확하게 도시되지 않았지만, 당업자는 도 1을 참조하여 상술된 제어기(102)의 특징 중 일부 또는 전부가 제어기(200)에 포함될 수 있음을 인식할 것이다. 예컨대, 제 1 제어 부재(204) 및 제 2 제어 부재(208)의 이동을 검출하기 위한 검출기, 스위치, 가속도계 및/또는 다른 구성요소와 같은 회전 모듈(102d) 및 병진 모듈(102e)의 특징은 위에 설명된 제 1 제어 부재(204) 및 제 2 제어 부재(208)의 이동을 검출 및 측정하기 위해 베이스 결합 부재(204a) 및 제 1 제어 부재 결합 부재(208a)에 인접하여 위치될 수 있다. 또한, 제어기 프로세서(102c) 및 트랜스미터(102f)는 예컨대 베이스(202)에 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 커넥터를 포함하는 코드가 케이블링(210)에 결합될 수 있고 제어기(200)를 제어 시스템[예: 제어 시스템(100)]에 연결하도록 작동할 수 있다. 다른 실시예에서, 트랜스미터(102f)는 상술된 바와 같이 제어기(200)와 제어 시스템 사이의 무선 통신을 허용할 수 있다.3B shows cabling 210 extending from the
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 사용자는 제어기(200)에 피치 입력을 제공하기 위해 자신의 손(402a)을 사용하여 제 1 제어 부재(204)를 라인 A를 따라[예: 제어기(200)에 대한 제 1 제어 부재(204)의 바닥 부분에 대한 라인 A를 따라 제 1 제어 부재(204)의 파지 부분(204c)을 기울임으로써 제어기(200)에 대한 베이스(202)와의 결합에서] 전후로 이동시킬 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 사용자는 제어기(200)에 요 입력을 제공하기 위해 자신의 손(402a)을 사용하여 아크 B 상에서[예: 제어기(200)에 대한 공간에서 제 1 제어 부재(204)의 파지 부분(204c)을 회전시킴으로써 제어기(200)에 대한 베이스(202)와의 결합에서] 제 1 제어 부재(204)를 전후로 회전시킬 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 사용자는 제어기(200)에 롤 입력을 제공하기 위해 자신의 손(402a)을 사용하여 제 1 제어 부재(204)를 라인 C를 따라[예: 제어기(300)에 대한 제 1 제어 부재(204)의 바닥 부분에 대한 라인 B를 따라 제 1 제어 부재(204)의 파지 부분(204c)을 기울임으로써 제어기(200)에 대한 베이스(202)와의 결합에서] 옆으로 이동시킬 수 있다. 또한 추가의 입력이 제어기(200)의 다른 특징을 사용하여 제공될 수 있다. 예컨대, 탄성 부재(205)는 제 1 제어 부재(204)를 사용하여 탄성 부재(205)를 압축하면 제 1 입력을 제공하고, 제 1 제어 부재(204)를 사용하여 탄성 부재(205)를 연장시키면 제 2 입력을 제공하도록 제 1 제어 부재(204)의 중립 위치를 제공할 수 있다. As shown in FIGS. 3A-3C, a user follows the
도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 사용자는 제어기(200)에 x 축 입력을 제공하기 위해 엄지 손가락(402b)을 사용하여 라인 E를 따라[예: 제 1 제어 부재(204)와의 결합에서] 제 2 제어 부재(208)를 전후로 이동시킬 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 사용자는 제어기(200)에 y 축 입력을 제공하기 위해 엄지 손가락(402b)을 사용하여 라인 D를 따라[예: 제 1 제어 부재(204)와의 결합에서] 제 2 제어 부재(208)를 전후로 이동시킬 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 사용자는 제어기(200)에 z 축 입력을 제공하기 위해 엄지 손가락(402b)을 사용하여 라인 F를 따라[예: 일부 실시예에서 탄성 부재(205)로부터의 저항을 포함하는 제 1 제어 부재(204)와의 결합에서] 제 2 제어 부재(208)를 위 아래로 이동시킬 수 있다. 일 실시예에서, 탄성 부재(209)는 제 2 제어 부재(208)를 사용하여 탄성 부재(209)를 압축하면, 제 1 방향으로 제어 타겟(106)의 z 축 이동을 위한 제 1 z 축 입력을 제공하고, 제 2 제어 부재(208)를 사용하여 탄성 부재(209)를 연장시키면, 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 제어 타겟(106)의 z 축 이동을 위한 제 2 z 축 입력을 제공하도록 제 2 제어 부재(208)의 중립 위치를 제공할 수 있다. As shown in FIGS. 3A-3C, a user follows line
방법(400)은 제어 신호가 블록(402)에서 수신된 사용자 입력에 기초하여 발생되고 그 다음 전송되는 블록(404)으로 진행한다. 상술된 바와 같이, 제어기 프로세서(102c) 및 회전 모듈(102d)은 상술된 회전 입력을 검출 및/또는 측정하는 것에 응답하여 회전 이동 출력 신호를 발생할 수 있고, 제어 프로세서(102c) 및 변환 모듈(102e)은 상술된 병진 입력을 검출 및/또는 측정하는 것에 대한 응답하여 병진 이동 출력 신호를 발생할 수 있다. 또한, 제어 신호는 제어 부재의 절대 편향 또는 변위, 제어 부재의 편향 또는 변위 속도, 제어 부재의 편향 또는 변위 지속 기간, 중심 데드밴드로부터 제어 부재의 편차 및/또는 당업계에 공지된 다양한 다른 제어 신호들의 표시들을 포함할 수 있다. 예컨대, 제어 신호는 BLUETOOTH® 프로토콜에 따른 회전 및/또는 병진 입력 또는 입력들에 기초하여 발생될 수 있다. 일단 발생되면, 제어 신호는 BLUETOOTH® 프로토콜에 따라 RF 트랜스미터에 의해 RF 신호로서 전송될 수 있다. 당업자는 RF 신호가 ZIGBEE 프로토콜, 무선 USB 프로토콜 등과 같은 다양한 다른 RF 프로토콜에 따라 발생 및 전송될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예에서, 제어 신호는 IR 신호, 가시 광선 신호, 또는 제어 정보를 전송하기에 적합한 일부 다른 신호로서 전송될 수 있다. (ZIGBEE®는 미국 캘리포니아 주 산 라몬에 본사를 둔 회사 협회인 ZigBee Alliance의 등록 상표이다).
방법(400)은 그 다음 트랜시버가 제어기에 의해 발생되고 전송된 신호를 수신하는 블록(406)으로 진행한다. 일 실시예에서, 신호 변환 시스템(104)의 트랜시버(102)는 제어기(102, 200)에 의해 발생되고 전송된 제어 신호를 수신한다. 제어 신호가 RF 신호인 실시예에서, 트랜시버(104a)는 적절한 프로토콜(예: BLUETOOTH®, ZIGBEE®, 무선 USB 등)에 따른 신호를 수신하도록 구성된 RF 센서를 포함한다.The
다른 실시예들에서, 제어 신호는 유선 연결을 통해 전송될 수 있다. 이 경우, 제어기(102)의 트랜스미터(102f) 및 신호 변환 시스템(104)의 트랜시버(104a)는 범용 직렬 버스(USB) 케이블, 직렬 케이블, 병렬 케이블, 전용 케이블 등과 같은 케이블에 의해 물리적으로 연결될 수 있다.In other embodiments, the control signal can be transmitted over a wired connection. In this case, the
방법(400)은 그 다음 신호 변환 시스템(104)의 변환 프로세서(104b)에 의해 제공된 제어 프로그램이 블록(406)에서 수신된 제어 신호에 기초하여 이동을 명령하는 블록(408)으로 진행한다. 일 실시예에서, 제어 프로그램은 제어 신호를 이동 명령으로 변환할 수 있고 이동 명령은 제어 신호의 회전 이동 출력 신호 및/또는 병진 이동 출력 신호에 기초한 회전 이동 명령 및/또는 병진 이동 명령을 포함할 수 있다. ON/OFF, 카메라 줌, 공유 캡처 등과 같은 다른 개별 특징들도 릴레이할 수 있다. 예컨대, 이동 명령은 하나 이상의 DoF에서 제어 타겟(106)의 이동을 정의하기 위한 파라미터를 지정할 수 있다. 상술된 예를 이용함으로써, 사용자가 자신의 손(402a)을 사용하여 라인 A를 따라 제 1 제어 부재(204)를 전후로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 결과적인 제어 신호는 제어 프로그램에 의해 제어 타겟(106)의 피치를 수정하기 위한 피치 이동 지시를 포함하는 이동 명령을 발생시키는데 사용될 수 있다. 사용자가 자신의 손(402a)을 사용하여 제 1 제어 부재(204)를 아크 B 주위의 길이방향 축을 중심으로 전후로 회전시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 결과적인 제어 신호는 제어 프로그램에 의해 제어 타겟(106)의 요를 수정하기 위한 요 이동 지시를 포함하는 이동 명령을 발생시키는데 사용될 수 있다. 사용자가 자신의 손(402a)을 사용하여 제 1 제어 부재(204)를 라인 C를 따라 옆으로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 결과적인 제어 신호는 제어 프로그램에 의해 제어 타겟(106)의 롤을 수정하기 위한 롤 이동 명령을 포함하는 이동 명령을 발생시키는데 사용될 수 있다.The
또한, 사용자가 엄지 손가락(402b)을 사용하여 라인 E를 따라 제 2 제어 부재(208)를 전후로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 결과적인 제어 신호는 제어 프로그램에 의해 x 축을 따라 제어 타겟(106)의 위치를 수정하기 위한 x 축 이동 지시를 포함하는 이동 명령을 발생시키는데 사용될 수 있다. 사용자가 엄지 손가락(402b)을 사용하여 라인 E를 따라 제 2 제어 부재(208)를 전후로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 결과적인 제어 신호는 제어 프로그램에 의해 y 축을 따라 제어 타겟(106)의 위치를 수정하기 위한 y 축 이동 지시를 포함하는 이동 명령을 발생시키는데 사용될 수 있다. 사용자가 엄지 손가락(402b)을 사용하여 제 2 제어 부재(208)를 라인 D를 따라 옆으로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 결과적인 제어 신호는 제어 프로그램에 의해 z 축을 따라 제어 타겟(106)의 위치를 수정하기 위한 z 축 이동 지시를 포함하는 이동 명령을 발생시키는데 사용될 수 있다. Further, when the user moves the
방법(400)은 그 다음 이동 명령에 기초하여 제어 타겟(106)의 이동이 수행되는 블록(410)으로 진행한다. 일 실시예에서, 사용자의 시점 또는 가상 표현이 방법(400)의 블록(410)에서 이동 명령에 기초하여 가상 환경에서 이동될 수 있다. 다른 실시예에서, 엔드 이펙터, 추진 메커니즘 및/또는 차량의 조종 메커니즘이 방법(400)의 블록(410)에서 이동 명령에 기초하여 작동될 수 있다.The
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 예컨대 도 1을 참조하여 상술된 제어 타겟(106)일 수 있는 제어 타겟(410a)을 도시한다. 상술된 바와 같이, 제어 타겟(410a)은 사용자가 차량에 위치하는 물리적 차량, 사용자가 차량으로부터 원격으로 차량을 조작하는 원격 조작 차량, 가상 차량 내에서 사용자에게 시점을 제공함으로써 사용자에 의해 조작되는 가상 차량, 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다양한 다른 제어 타겟들을 포함할 수 있다. 상기 예(도 3a 내지 도 3c)를 사용하여, 사용자가 자신의 손(402a)을 사용하여 라인 A를 따라 제 1 제어 부재(204)를 전후로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 도 4b에 도시된 바와 같이, 제어 타겟(410a)이 아크 AA에 대한 피치를 수정하게 할 것이다. 사용자가 자신의 손(402a)을 사용하여 제 1 제어 부재(204)를 아크 B에 대한 길이방향 축을 중심으로 전후로 회전시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 제어 타겟(410a)이 도 4b에 도시된 아크 BB에 대한 요를 수정하게 할 것이다. 사용자가 자신의 손(402a)을 사용하여 제 1 제어 부재(204)를 라인 C를 따라 옆으로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 제어 타겟(410a)이 도 4c에 도시된 아크 CC에 대한 롤을 수정하게 할 것이다. 4A, 4B and 4C show a
또한, 사용자가 자신의 엄지 손가락(402b)을 사용하여 라인 E를 따라 제 2 제어 부재(208)를 전후로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 제어 타겟(410a)이 도 4b 및 도 4c에 도시된 라인 EE(즉, x 축)를 따라 이동하게 할 것이다. 사용자가 자신의 엄지 손가락(402b)을 사용하여 제 2 제어 부재(208)를 라인 D를 따라 옆으로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 제어 타겟(410a)이 도 4a 및 도 4b에 도시된 라인 DD(즉, y 축)를 따라 이동하게 할 것이다. 사용자가 자신의 엄지 손가락(402b)을 사용하여 제 2 제어 부재(208)를 라인 F를 따라 전후로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 제어 타겟(410a)이 도 4a 및 도 4c에 도시된 라인 FF(즉, z 축)를 따라 이동하게 할 것이다. 일부 실시예들에서, 제어기(102 또는 200) 상의 제어 버튼(206) 및/또는 다른 제어 버튼들은 예컨대 제어 타겟(410a) 내의 다른 시스템들(예: 무기 시스템들)을 작동시키기 위해 사용될 수 있다.Further, when the user moves the
도 4d는 도 1을 참조하여 예컨대 상술된 제어 타겟(106)일 수 있는 제어 타겟(410b)을 도시한다. 상술된 바와 같이, 제어 타겟(410b)은 제어기(102 또는 200)로부터 전송된 신호에 따라 이동을 실행하는 물리적 디바이스 또는 다른 도구를 포함할 수 있다. 상기 예(도 3a 내지 도 3c)를 사용하여, 사용자가 자신의 손(402a)을 사용하여 제 1 제어 부재(204)를 라인 A를 따라 전후로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 제어 타겟(410b)이 도 4d에 도시된 아크 AAA를 따라 조인트(410d)를 중심으로 도구 부재 또는 엔드 이펙터(410c)를 회전시키게 할 것이다. 사용자가 자신의 손(402a)을 사용하여 제 1 제어 부재(204)를 아크 B에 대한 길이방향 축을 중심으로 전후로 회전시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 제어 타겟(410b)이 도 4d에 도시된 아크 BBB를 따라 조인트(410e)를 중심으로 도구 부재 또는 엔드 이펙터(410c)를 회전시키게 할 것이다. 사용자가 자신의 손(402a)을 사용하여 제 1 제어 부재(204)를 라인 C를 따라 옆으로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 제어 타겟(410b)을 도 4d에 도시된 아크 CCC를 따라 조인트(410f)를 중심으로 도구 부재 또는 엔드 이펙터(410c)를 회전시키게 할 것이다. FIG. 4D shows a
또한, 사용자가 자신의 엄지 손가락(402b)을 사용하여 제 2 제어 부재(208)를 라인 E를 따라 전후로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 도구 부재 또는 엔드 이펙터(410c)가 도 4d에 도시된 라인 EEE(즉, x 축)를 따라 이동하게 할 것이다. 사용자가 자신의 엄지 손가락(402b)을 사용하여 라인 E를 따라 제 2 제어 부재(208)를 전후로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 제어 타겟(410b)이 도 4d에 도시된 라인 EEE(즉, 조인트(410f)를 통한 y 축)를 따라 이동하게 할 것이다. 사용자가 자신의 엄지 손가락(402b)을 사용하여 제 2 제어 부재(208)를 라인 D를 따라 옆으로 이동시키면(도 3a 내지 도 3c에 도시됨), 발생된 제어 신호로 인한 이동 명령은 도구 부재 또는 엔드 이펙터(410c)를 도 4d에 도시된 라인 DDD(즉, z 축)를 따라 이동하게 할 것이다. 일부 실시예에서, 제어기(102 또는 200) 상의 제어 버튼(206) 및/또는 다른 제어 버튼은 예컨대 도구 부재(210c)를 사용하여 작동을 수행하는데 사용될 수 있다. 또한, 당업자는 도 4d에 도시된 도구 부재 또는 엔드 이펙터(410c)가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 도구 부재(예: 수술 도구 등)로 대체되거나 보충될 수 있음을 인식할 것이다. 상술된 바와 같이, 제어 타겟(410a)은 타겟으로의 탐색을 허용하기 위한 시야를 제공하기 위해 도구 부재 또는 엔드 이펙터(410c) 상에 또는 인접한 카메라를 포함할 수 있다.Further, when the user moves the
이제 도 5를 참조하면, 제어 타겟을 제어하기 위한 방법(500)이 도시되어 있다. 본원에 기술된 다른 방법의 경우와 같이, 다양한 실시예는 후술되는 모든 단계를 포함하지 않을 수 있고, 추가 단계를 포함할 수 있으며, 단계를 다르게 순서화할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 특정 단계의 배열은 제어 타겟의 이동을 제어하는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.Referring now to FIG. 5, a
방법(500)은 회전 입력이 사용자로부터 수신되는 블록(502)에서 시작할 수 있다. 사용자는 상술된 바와 유사하게 제어기(200)의 제 1 제어 부재(204)(도 3a 내지 도 3c)를 재배치함으로써 회전 입력을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 회전 입력은 액추에이터와 같은 물리적 디바이스에 의해 수동으로 검출될 수 있다. 다른 실시예에서, 회전 입력은 가속도계와 같은 센서에 의해 전기적으로 검출될 수 있다.
방법(500)은 병진 입력이 사용자로부터 수신되는 블록(504)과 동시에 진행될 수 있다. 사용자는 상술된 바와 유사하게 제어기(200)의 제 2 제어 부재(208)를 재배치함으로써 병진 입력을 제공할 수 있다. 회전 입력 및 병진 입력은 사용자의 한손을 사용하여 사용자에 의해 동시에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 병진 입력은 액추에이터와 같은 물리적 디바이스에 의해 수동으로 검출될 수 있다.
일 실시예에서, 회전 및 병진 입력은 디스플레이 스크린 상에서 제어 타겟(106)(도 1)의 현재 위치를 보는 사용자에 의해 제공될 수 있다. 예컨대, 사용자는 디스플레이 스크린 상에서 환자의 가상 표현 내에 제시된 수술 디바이스의 현재 위치를 볼 수 있다. 이 예에서, 회전 입력 및 병진 입력은 디스플레이 스크린 상의 현재 뷰를 기준 프레임으로서 사용하여 제공될 수 있다.In one embodiment, rotation and translation inputs may be provided by a user viewing the current location of the control target 106 (FIG. 1) on the display screen. For example, the user can view the current location of the surgical device presented in the virtual representation of the patient on the display screen. In this example, rotation input and translation input can be provided using the current view on the display screen as a reference frame.
방법(500)은 그 후 전송된 회전 입력 및 병진 입력에 기초하여 제어 신호가 발생되는 블록(506)으로 진행한다. 회전 입력이 수동으로 검출되는 경우, 제어 신호는 다수의 액추에이터에 의해 검출된 회전 입력 및 병진 입력에 기초하여 발생될 수 있으며, 상기 액추에이터들은 제 1 제어 부재(204) 및 제 2 제어 부재(208)에 부여된 기계적 힘을 회전 입력 및 병진 입력으로 각각 해석될 전기 신호로 변환한다(도 3a 내지 도 3c). 회전 입력이 전자적으로 검출되는 경우, 제어 신호는 가속도계에 의해 검출된 회전 입력 및 액추에이터에 의해 검출된 병진 입력에 기초하여 발생될 수 있다.The
일 실시예에서, 제어 신호는 BLUETOOTH® 프로토콜에 따른 회전 입력 및 병진 입력에 기초하여 발생될 수 있다. 일단 발생되면, 제어 신호는 BLUETOOTH® 프로토콜에 따라 RF 트랜스미터에 의해 RF 신호로서 전송될 수 있다. 당업자는 RF 신호가 ZIGBEE® 프로토콜, 무선 USB 프로토콜 등과 같은 다양한 다른 RF 프로토콜에 따라 발생 및 전송될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예에서, 제어 신호가 IR 신호, 가시광 신호 또는 제어 정보를 전송하기에 적합한 다른 신호로서 전송될 수 있다.In one embodiment, the control signal may be generated based on the input rotation and the translation type according to the BLUETOOTH ® protocol. Once generated, the control signal can be transmitted as an RF signal by an RF transmitter according to the BLUETOOTH ® protocol. Those skilled in the art will understand that RF signals can be generated and transmitted according to various other RF protocols such as ZIGBEE ® protocol, wireless USB protocol, and the like. In another example, the control signal can be transmitted as an IR signal, visible light signal, or other signal suitable for transmitting control information.
여전히 도 5를 참조하지만 도 1을 참조하면, 방법(500)은 블록(508)으로 진행하고, 신호 변환 시스템(104)의 트랜시버(104a)는 제어 신호를 수신한다. 제어 신호가 RF 신호인 경우, 트랜시버(104a)는 적절한 프로토콜(예: BLUETOOTH®, ZIGBEE®, 무선 USB 등)에 따라 신호를 수신하도록 구성된 RF 센서를 포함한다. 다른 실시예들에서, 제어 신호는 유선 연결을 통해 전송될 수 있다. 이 경우, 트랜스미터(102f) 및 트랜시버(104a)는 범용 직렬 버스(USB) 케이블, 직렬 케이블, 병렬 케이블, 전용 케이블 등과 같은 케이블에 의해 물리적으로 연결된다.Still referring to FIG. 5 but referring to FIG. 1,
방법(500)은 그 후 변환 프로세서(104b)가 수신된 제어 신호에 기초하여 6 DoF에서의 이동을 명령하는 블록(510)으로 진행한다. 구체적으로, 제어 신호는 제어 신호의 회전 및/또는 병진 입력에 기초하여 이동 명령으로 변환될 수 있다. 이동 명령은 가상 3D 환경에서 하나 이상의 DoF에서 사용자의 시점 또는 가상 표현의 이동을 정의하기 위한 파라미터를 지정할 수 있다. 예컨대, 제 2 제어 부재가 사용자에 의해 위로 재배치되면, 결과적인 제어 신호는 환자 몸체의 3D 표현 내에서 z 축을 따라 수술 디바이스의 시점을 위로 이동시키기 위한 이동 명령을 발생시키는데 사용될 수 있다. 다른 예에서, 제 1 제어 부재가 좌측으로 기울어지고 제 2 제어 부재가 아래로 재배치되면, 결과적인 제어 신호는 환자의 몸체의 3D 표현에서 z 축을 따라 수술 디바이스를 아래로 이동시키면서 수술 디바이스를 좌측으로 굴리기 위한 이동 명령을 발생시키는데 사용될 수 있다. 하나 이상의 DoF에서 다양한 파라미터 조합을 갖는 이동 명령을 발생시키기 위해 회전 및 병진 입력의 임의의 조합이 제공될 수 있다.The
방법(500)은 그 후 이동 명령에 기초하여 가상 및/또는 실제 환경에서 비례 이동이 수행되는 블록(512)으로 진행한다. 예컨대, 환자의 가상 표현에서 수술 디바이스의 시점은 이동 명령에 따라 재배치될 수 있고, 시점은 수술 디바이스에 부착된 카메라 또는 센서에 대응한다. 이 예에서, 수술 디바이스는 또한 환자의 몸체의 가상 표현에서 수술 디바이스의 이동에 따라 환자의 몸체에서 재배치될 수 있다. 통합된 제어기는 의사가 한손으로 환자의 몸체 내 6-DoF에서 수술 디바이스를 탐색할 수 있게 한다.The
도 1과 함께 이제 도 6을 참조하면, 제어기를 구성하는 방법(600)이 도시되어 있다. 본원에 기술된 다른 방법의 경우와 같이, 다양한 실시예는 후술되는 모든 단계를 포함하는 것은 아니고, 추가 단계를 포함할 수 있으며, 단계를 다르게 순서화할 수 있다. 따라서, 도 6에 도시된 특정 단계의 배열은 제어 타겟의 이동을 제어하는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.Referring now to FIG. 6 in conjunction with FIG. 1, a
방법(600)은 제어기(102)가 외부 컴퓨팅 디바이스에 연결되는 블록(602)에서 시작한다. 제어기(102)는 물리적 연결(예: USB 케이블) 또는 임의의 수의 무선 프로토콜(예: BLUETOOTH® 프로토콜)을 통해 연결될 수 있다. 외부 컴퓨팅 디바이스는 제어기(102)와 인터페이스하기 위한 소프트웨어로 미리 구성될 수 있다.The
방법(600)은 그 후 구성 데이터가 외부 컴퓨팅 디바이스로부터 제어기(102)에 의해 수신되는 블록(604)으로 진행한다. 구성 데이터는 이득(즉, 감도), 개시 속도(즉, 지연), 데드밴드(즉, 중립) 및/또는 한계(즉, 최대 각도 변위)와 같은 구성 파라미터를 지정할 수 있다. 구성 데이터는 또한 제어 타겟에 대한 이동 명령을 제 1 제어 부재 및 제 2 제어 부재의 이동에 할당할 수 있다. 구성 파라미터는 제어기(102)와 인터페이스하도록 구성된 소프트웨어를 사용하여 사용자에 의해 지정될 수 있다.The
방법(600)은 그 후 구성 데이터에 기초하여 제어기(102)의 작동 파라미터가 조정되는 블록(606)으로 진행한다. 작동 파라미터는 메모리에 저장될 수 있고 제어기(102)에 의해 그 후 도 2 및 도 5와 관련하여 상술된 바와 같이 제어 타겟을 원격 제어하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(600)은 "트림(trim)"을 설정하고 병진 속도(예: cm/sec) 또는 방향 전환(예: deg/sec)을 확립하거나, [디스플레이 또는 제어기(102) 자체로] 자동-파일럿 이동으로 "자동-시퀀스"를 개시한다.The
다른 실시예에서, 제어기(102)는 사용자가 제어기(102)의 작동 파라미터를 직접 구성할 수 있게 하는 입력 디바이스를 구비할 수 있다. 예컨대, 제어기(102)는 제 1 제어 부재(204) 및/또는 제 2 제어 부재(208)를 사용하여 탐색 가능한 구성 메뉴를 갖는 디스플레이 스크린을 포함할 수 있다(도 3a 내지 도 3c).In other embodiments, the
유형의 저장 매체에 저장된 컴퓨터 판독 가능 프로그램 제품은 예컨대 상술된 제어 프로그램과 같은 상술된 실시예들 중 임의의 것을 용이하게 하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예는 광 디스크, 예컨대 CD(compact disc), DVD(digital versatile disc) 등, 디스켓, 테이프, 파일, 플래시 메모리 카드 또는 임의의 다른 컴퓨터 판독 가능 저장 디바이스와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다. 이 예에서, 컴퓨터 판독 가능 프로그램 제품의 실행은 프로세서가 도 2, 도 5 및 도 6과 관련하여 상술된 방법들을 수행하게 할 수 있다.Computer readable program products stored on tangible storage media can be used to facilitate any of the above-described embodiments, such as the control program described above. For example, embodiments of the present invention may include a computer readable medium such as an optical disc, such as a compact disc (CD), digital versatile disc (DVD), diskette, tape, file, flash memory card or any other computer readable storage device. Can be stored in. In this example, the execution of the computer readable program product may cause the processor to perform the methods described above with respect to FIGS. 2, 5 and 6.
한손 제어기의 다음 예에서, 다양한 양태는 제어기가 CAD(computer aided design), 드론 비행, 다양한 유형의 컴퓨터 게임, 가상 및 증강 현실 및 기타 가상 및 물리적 작업의 제어 요구 사항에서 태도 조정으로부터 개별 병진을 분리할 수 있게 하고, 공간을 통한 정확한 이동이 요구되는 동시에 "널 명령" 또는 제로 입력 위치에서 멀어질 때 촉각 피드백을 제공한다.In the following example of a one-handed controller, various aspects allow the controller to separate individual translations from attitude adjustments in the control requirements of computer aided design (CAD), drone flight, various types of computer games, virtual and augmented reality, and other virtual and physical tasks. And provides tactile feedback when moving away from the "null command" or zero input position while requiring precise movement through space.
예컨대 독립적인 제어 입력들을 위해 엄지 손가락을 사용하는 제어기의 확장된 작동은 "히치하이커의 썸(hitchhiker's thumb)" 피로 문제를 야기할 수 있다. 제 1 제어 부재를 파지하면서 압착하거나 회전시킬 수 있도록 사용자의 손의 3 번째, 4 번째 및 5 번째 손가락(또는 이들의 일부 하위 세트)을 위한 연동된 패들과 같은 제 3 제어 부재를 추가함으로써, 제 2 제어기는 (+ z 방향으로) 위로 유지되거나 위로 눌러져서, 릴리프를 제공할 수 있다. 또한, 제 2 제어 부재를 아래로 누르면 패들 또는 제 3 제어 부재를 밀어내도록 제 3 제어 부재 및 제 2 제어 부재는 연동될 수 있다. 따라서 엄지 손가락과 액세서리 손가락은 동적 균형으로 되어 있어 빠르게 마스터될 수 있다. 대안적으로 검지 손가락은 엄지 손가락에 평형추를 제공하도록 연동될 수 있다. 사용자는 일반적으로 검지 손가락의 미세한 모터 제어 기능을 가지고 있으므로 검지 손가락을 사용하면 Z 축을 따라 변위를 미세하게 제어하면서 원하는 릴리프를 제공할 수 있다.For example, the extended operation of a controller that uses a thumb for independent control inputs can cause "hitchhiker's thumb" fatigue problems. By adding a third control member, such as an interlocking paddle for the third, fourth and fifth fingers (or some subset thereof) of the user's hand to grip or rotate while gripping the first control member, 2 The controller can be held up (in the + z direction) or pressed up to provide relief. Further, the third control member and the second control member may be interlocked to push the second control member down to push the paddle or the third control member. Therefore, the thumb and accessory fingers are in a dynamic balance, so they can be quickly mastered. Alternatively, the index finger can be interlocked to provide a counterweight to the thumb. Since the user generally has a fine motor control function of the index finger, the index finger can be used to provide a desired relief while finely controlling the displacement along the Z axis.
다른 실시예에서, 한손 제어기는 회전 축, 특히 관성 측정 유닛(IMU)으로 측정하기 어려운 요에 대한 기준으로서 역할을 하는 손목 또는 팔뚝 브레이스를 갖는 제어 시스템의 일부로서 사용될 수 있다. 예컨대, 손 제어기의 제 1 제어 부재의 몸체 내의 IMU는 피치 및 롤에 대해 잘 작동할 수 있지만 요는 시끄러울 수 있다. 이것은 소프트웨어 수정에 의해 개선될 수 있지만, 본원에 기술된 일부 예시적인 실시예는 손목에 연결되어 전위차계 또는 광학 인코더가 3 개의 모든 회전축을 정밀하게 측정할 수 있게 한다. 팔뚝 브레이스 구현의 일부 변형에서, 가상 세계의 객체 상의 파지부를 개폐하는데 사용된 검지 손가락 루프를 사용할 수 있다.In another embodiment, a one-handed controller can be used as part of a control system with a wrist or forearm brace that serves as a reference for yaw difficult to measure with a rotating axis, particularly an inertial measurement unit (IMU). For example, the IMU in the body of the first control member of the hand controller can work well for pitch and roll but the yaw can be noisy. This can be improved by software modification, but some exemplary embodiments described herein are connected to the wrist, allowing the potentiometer or optical encoder to accurately measure all three axes of rotation. In some variations of the forearm brace implementation, the index finger loop used to open and close the grip on an object in the virtual world can be used.
도 7 내지 도 20b와 관련하여 제시된 손 제어기 예 및 이들의 변형예는 비행 시뮬레이션, CAD, 드론 비행 등과 같은 선행 섹션에서 위에 제시된 것과 같이 적용에서 사용될 수 있다. 단독으로 또는 몇몇 경우에, 다른 특징들 중 하나 이상과 조합하여 사용될 수 있는 선택적 추가 특징들은: 조정 가능한 z 스프링 력 및 자기 중심/제로화 능력; 제 2 제어 부재를 위한 조이스틱 상단의 비교적 큰 x-y 갠트리; 제 2 제어 부재를 위한 교체 가능하거나 크기 조정 가능한 엄지 루프; 외래 사용을 위한 팔뚝 또는 손목 안정화(드론 적용 및 가상/증강 현실과의 통합과 같은 X/Y/Z 변환을 위한 전위차계, 홀 효과 센서 또는 광학 인코더); 및 개선된 CAD 객체 조작을 위한 마우스 기반 구현을 포함할 수 있다. The hand controller examples presented in connection with FIGS. 7-20B and variations thereof can be used in applications as presented above in the preceding section such as flight simulation, CAD, drone flight, and the like. Optional additional features that can be used alone or in some cases in combination with one or more of the other features include: adjustable z spring force and self centering/zeroing capability; A relatively large x-y gantry at the top of the joystick for the second control member; A replaceable or resizable thumb loop for the second control member; Stabilization of the forearm or wrist for ambulatory use (potentiometer for X/Y/Z conversion, such as drone application and integration with virtual/augmented reality, Hall effect sensor or optical encoder); And a mouse-based implementation for improved CAD object manipulation.
이제 도 7 내지 도 11을 참조하면, 제어기(700, 900, 1000 및 1100)는 그 중 하나가 Z 축 2차 제어를 제공하는 3 개의 제어 부재들을 갖는 한손 제어기의 상이한 대표적인 실시예를 도시한다. Referring now to FIGS. 7-11, the
도 12 내지 도 20b에 도시되고 설명된 제어기뿐만 아니라 예시적인 제어기(700, 900, 1000, 1000), X, Y 및 Z 축을 따라 이동을 나타내는 병진 입력은 바람직하게는 사용자의 엄지 손가락으로부터 수신된다. 엄지는 손의 다른 부분에 비해 뇌에 가장 상세하게 매핑된다. 이 제어기는 X, Y 및 Z 축을 따라 입력을 제공하기 위해 손재주를 활용한다. 엄지 이동은 이들 예에서 조이스틱 형태인 제 1 제어 부재를 기준으로 한다. 병진은 타겟 제어 객체의 자세 제어로부터 분리될 수 있다. 제 1 제어 부재 상에 위치된 제 3 제어 부재를 압착하는 것은 사용자의 손에 있는 제 2, 제 3, 제 4 또는 제 5 손가락 중 어느 하나 이상이 상향 힘 또는 상향 이동을 가함으로써 사용자의 엄지를 지지할 수 있게 한다. 제 3 제어 부재의 힘 및 이동은 내부 결합을 통해 제 2 제어 부재에 전달 또는 인가되고 따라서 엄지에 전달 또는 인가된다.The controllers shown and described in FIGS. 12-20B as well as the
이들 실시예는 제 1 제어 부재의 변위를 측정하기 위해 관성 측정 유닛을 사용한다. 그러나, 대안으로서, 이들 제어기는 제어기가 베이스에 피봇하도록 장착될 때, 이 경우 롤, 피치 및 요를 감지하기 위한 센서가 베이스 내에 위치될 수 있거나 또는 기준 프레임을 제공하도록 사용자의 손목에 결합될 때, 이 경우 피치, 롤 및 요를 위한 하나 이상의 센서가 결합에 통합될 수 있는 외부 센서를 사용하도록 구성될 수 있다. 이들 배열의 예는 이후의 도면에 도시되어 있다.These embodiments use an inertial measurement unit to measure the displacement of the first control member. As an alternative, however, these controllers are when the controller is mounted to pivot to the base, in which case sensors for sensing roll, pitch and yaw can be positioned within the base or when coupled to the user's wrist to provide a reference frame. , In this case one or more sensors for pitch, roll and yaw can be configured to use an external sensor that can be incorporated into the coupling. Examples of these arrangements are shown in subsequent figures.
이하의 설명에서, 제 1 제어 부재는 일반적으로 "조이스틱" 또는 "제어 스틱"으로 지칭될 수 있는데, 이는 적어도 제 1 제어 부재가 파지된 곳에서 미리 공지된 유형의 조이스틱의 일부와 구조적으로 유사하고, 일부에서는 다른 유형의 조이스틱은 사람의 손으로 파지되고 변위(병진 및/또는 회전)되거나 피치, 롤, 요 또는 모션을 나타내기 위해 이동하도록 의도되기 때문에 다른 유형의 조이스틱과 같이 작용할 수 있기 때문이다. 그러나, 이는 종래의 조이스틱에서 발견될 수 있는 다른 구조를 암시해서는 안되며, 파지될 수 있는 세장형 구조 요소만을 의미하도록 의도된다.In the following description, the first control member may be generally referred to as a “joystick” or a “control stick”, which is structurally similar to at least a part of a joystick of a previously known type where the first control member is gripped and This is because, in some cases, other types of joysticks can be gripped by the human hand and act like other types of joysticks because they are intended to be displaced (translated and/or rotated) or moved to indicate pitch, roll, yaw or motion. . However, this should not imply other structures that can be found in conventional joysticks, and is intended to mean only elongated structural elements that can be gripped.
이제 도 7 및 도 8a, 도 8b 및 도 8c의 실시예를 참조하면, 제어기(700)는 손의 엄지와 제 3, 제 4 및 제 5 손가락 중 적어도 둘 이상으로 파지될 수 있는 파지 부분(703)과 파지되는 위치의 위에 위치한 상단 부분(705)에 의해 형성된 권총형 파지 몸체(702)를 갖는 조이스틱으로 지칭될 수 있는 제 1 제어 부재를 포함한다. 제 1 제어 부재 내에는 제 1 제어 부재의 피치, 롤 및 요 제어를 감지하기 위한 하나 이상의 통합 관성 측정 유닛(IMU)(704)[몸체(702)를 갖는 내부 구조가 보이지 않기 때문에 점선으로만 개략적으로 표시됨]이 있다. 이 실시예는 베이스 또는 다른 구조에 연결하기 위한 선택적인 빠른 연결부(718)를 포함한다. 이 특정 실시예는 또한 트리거(706)(검지 손가락에 의해 작동되도록 배치됨) 및 자세 유지 버튼(708)과 같은 선택적인 버튼을 포함한다. 이는 제어기를 잡고 있는 손의 손가락 또는 사용자의 다른 손에 의해 작동될 수 있다.Referring now to the embodiments of FIGS. 7 and 8A, 8B, and 8C, the
제 1 제어 부재의 몸체(702)를 파지하는 사람의 엄지 손가락에 의해 조작될 수 있는 위치에서 제 1 제어 부재의 상단에 제 2 제어 부재가 장착된다. 제 2 제어 부재는 y 축 및 x 축을 따라 이동하는 것을 나타내는 입력을 발생시키기 위해 사용자가 전후 및 좌측에서 우측으로 변위시킬 뿐 아니라 z 축을 따라 이동하는 것을 나타내는 입력을 발생시키기 위해 사용자가 위 또는 아래로 변위시키기 위한 갠트리 장치(710)를 포함한다. 이 특정 예에서, 갠트리 장치(710)는 갠트리 장치를 상하로 이동시키는 플랫폼(712)에 장착된다. 플랫폼[또는 갠트리(710)]을 상하로 이동시키는 상이한 방법이 이용될 수 있지만, 이 특정 예는 갠트리(710)를 힌지 플랫폼(712)의 일 단부에 배치한다. 이는 갠트리 장치가 제 1 제어 부재에 대해 아래로 이동할 수 있게 한다. 갠트리를 아래로 누르면 플랫폼(712)이 아래쪽으로 이동하여 Z 축 제어를 위한 입력을 나타내는 반면, 엄지 루프(미도시)를 위로 당기면 Z 축을 따라 반대 방향으로 이동한다.The second control member is mounted on top of the first control member in a position that can be manipulated by the thumb of the person holding the
이 제어기 상의 Z 축 입력 장치의 일부는 또한 이 예에서 제 3 제어 부재(714)를 포함한다. 이 예에서 제 3 제어 부재는 패들(716)의 형태를 취하며, 여기서 사용자의 손의 제 2, 제 3, 제 4 및/또는 제 5 손가락은 몸체(702) 주위에 제 1 제어 부재를 파지할 때 위치되므로, 제어기를 파지할 때 패들(716)은 사용자에 의해 선택적으로 압착될 수 있다. 패들(716) 및 플랫폼(712)은 스프링이 장착되어 z 축 입력이 제로 위치로부터 어느 방향으로든 이동을 나타내도록 패들 및 플랫폼이 제로 위치에 있도록 할 수 있다. 제 3 제어 부재는 2차 Z 축 제어로서 작용한다. 제 3 제어 부재는 제 2 제어 부재와 연동되거나 결합된다. 손가락 패들(716)과 같은 제 3 제어 부재를 포함함으로써, 제 2 제어 부재를 "평형화"하여, 사용자의 히치하이커 엄지 피로를 완화시키고 Z 축을 따라 사용자 입력의 미세한 모터 제어를 제공하면서, X 축과 Y 축을 따라 갠트리의 동시 이동이 가능하게 한다. Part of the Z-axis input device on this controller also includes a
도 8a 및 도 8b는 패들(716)과 플랫폼(712)의 협력 이동을 보다 명확하게 나타내기 위해 다수의 요소가 제거된 제어기(700)를 도시한다. 도 8a에서, 플랫폼은 완전히 눌린 위치에 있고, 도 8b에서 플랫폼(712)은 z 축을 따라 제 2 제어 부재의 전체 이동에 대응하는 완전히 연장된 위치에 있다. 도 8a에서 패들(716)은 몸체(702)에 대해 완전히 연장된 위치에 있고, 도 8b에서 패들(716)은 몸체(702)에 대해 완전히 눌려져 있다.8A and 8B show the
도 8c에 도시된 바와 같이, 기계적 연동부의 일 예를 드러내기 위해 대부분의 다른 내부 구성요소와 함께 몸체의 절반이 제거된 제어기(700)의 사시가 도시된다. 이 예에서, 패들(716)은 피봇 축(720)을 중심으로 선회한다. 패들(716)과 연결되지만 피봇 축(720)에 대해 반대편인 레버(722)는 연동부(724)에 피봇식으로 연결된다. 연동부(724)의 다른 단부는 플랫폼(712)이 연결된 레버 암(726)에 연결된다. 플랫폼(712)은 축(728)을 형성하는 핀을 중심으로 선회한다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 스프링은 패들(716)을 편향시키고 따라서 전체 연동부를 제로 또는 중립 위치로 편향시키기 위해 참조 번호(730)로 표시된 영역에 배치될 수 있다. 균형을 제공하고 연동부를 편향시켜서 패들과 갠트리를 Z 축의 제로 위치에 배치하기 위해 추가 스프링을 사용할 수도 있다. 8C, a perspective view of the
도 9, 도 10 및 도 11을 참조하면, 제어기(900, 1000 및 1100)는 제 1 및 제 3 제어 부재를 구성하는 동일한 외부 구성요소를 공유한다. 각각은 제 1 제어 부재를 형성하고 일반적으로 말하면, 사용자의 손에 파지되고 잡도록 의도된 조이스틱 또는 권총 파지부와 같은 형상을 갖는 몸체(902)를 갖는다. 각각은 제어기(700)와 같이, 제 1 제어 부재를 파지하고 있는 사용자의 하나 이상의 손가락에 의해 작동될 수 있는 패들(904)(예: 상단으로부터 선회함)을 포함한다. 각각은 또한 제 2 손가락 루프가 대체될 수 있는 프로그램 가능 버튼(905)을 갖는다.9, 10 and 11, the
유사하게, 각각은 몸체 위에 제 2 제어 부재를 갖는다. 각각의 제 2 제어 부재는 Z 축 입력을 제공하기 위해(힌지 또는 다른 메커니즘에 의해) 상하로 이동하는 플랫폼(906)을 포함한다. 그러나, 각각은 제 2 제어 부재의 성질에서 상이하다. 제어기(900)는 전후 및 좌우로 변위하여 x 및 y 축 입력을 제공할 수 있고, 또한 엄지를 상승 및 하강시킴으로써 갠트리를 z 축을 따라 양방향으로 변위시킬 수 있는 갠트리(906)에 장착된 엄지 루프(908)를 사용한다. 이 엄지 루프는 바람직하게는 상이한 크기를 수용할 수 있는 인서트(도시되지 않음)를 사용하여 상이한 크기로 제조될 수 있다. 본 개시에서 임의의 제어기에 도시된 엄지 루프는 원한다면 인서트 또는 다른 조정 가능한 메커니즘을 사용하여 크기를 조정할 수 있다. 도 10의 제어기(1000)는 도 7에 도시된 것과 유사한 제어 부재(1002)를 사용한다. 도 11의 제어기(1100)는 x 및 y 축 입력을 위해 플랫폼(906)에 장착된 트랙볼(1102)을 사용한다. 트랙볼을 아래로 누르면 z 축 입력이 된다. 패들(904)은 z 축을 따라 다른 방향으로 입력을 제공하는데 사용된다.Similarly, each has a second control member over the body. Each second control member includes a
나머지 도면에 도시된 손 제어기뿐만 아니라 각각의 제어기(900, 1000, 1100)에서, 제 2 및 제 3 제어 부재는 도 8c에 도시된 연동부와 같이 제 1 제어 부재의 몸체 내에 배치된 기계적 연동부에 의해 결합된다. 그러나 도 8c의 연동부는 다양한 부분 및 요소의 특정 기하학적 형태에 따라 다른 배열 및 링크의 수가 사용될 수 있기 때문에 일반적으로 그러한 연동부를 나타내는 것으로 의도된다. 다른 유형의 결합 또는 트랜스미션이 도 7 내지 도 20b에 도시되고 설명된 임의의 제어기에서 일차 및 이차 z 축 제어 요소들 사이의 변위 및 힘을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 이들은 다른 유형의 기계적 트랜스미션(예: 케이블)뿐만 아니라 위치를 전달하고 선택적으로 힘을 인가하고 이들 유형 중 임의의 둘 이상을 조합하는 전기 및 자기 트랜스미션일 수 있다. 그러나, 기계적 연동부는 두 제어 부재들 사이에 직접 결합을 제공하는 것이 비교적 간단하고 신뢰할 수 있고, 편안한 동적 균형을 제공하기 위해 힘과 위치를 즉시 전달하기 때문에 이점이 있다.In each
더욱이, 도 7 내지 도 11에 도시된 모든 제어기 뿐 아니라 도 12 내지 도 20b에 도시된 모든 제어기는 사용자에게 "제로" 또는 널(null) 명령의 감각을 제공하기 위해 각각의 자유도에 대한 리센터링 메커니즘을 갖는 것이 바람직하다. 제어 부재가 자유도들 중 하나를 따라 변위될 때, 바람직하게는 제어 부재들의 힘, 흔들림 또는 다른 햅틱 신호와 같은 촉각 피드백을 발생시켜 상기 제어 부재들을 제로 입력을 위한 위치(제로 위치)로 복귀시킨다. 메커니즘은 단순히 스프링 힘과 반응하는 스프링으로 구성되거나 변위 및/또는 힘을 감지하고 반응 움직임, 힘, 다른 유형의 진동 햅틱 피드백 또는 이들의 조합을 발생시키는 능동 시스템일 수 있다.Moreover, all controllers shown in FIGS. 7 to 11 as well as all controllers shown in FIGS. 12 to 20b have a re-centering mechanism for each degree of freedom to provide the user with a sense of “zero” or null commands. It is preferred to have. When the control member is displaced along one of the degrees of freedom, it preferably generates tactile feedback such as force, shake or other haptic signals of the control members to return the control members to a position for zero input (zero position). The mechanism may simply consist of a spring that reacts with the spring force or may be an active system that senses displacement and/or force and generates responsive movement, force, other types of vibrational haptic feedback, or combinations thereof.
도 7 내지 도 11에 도시되지 않았지만, 나머지 도면에 도시된 다른 제어기뿐만 아니라 각각의 제어기(700, 900, 1000 및 1100)는 적어도 도 1에 도시된 요소를 포함한다. 예컨대, 제 1, 제 2 및 제 3 제어 부재의 변위를 감지하기 위한 센서(예: 관성 측정 유닛, 전위차계, 광학 인코더 등); 센서들로부터 신호를 처리하기 위한 프로세서; 및 무선 주파수, 광학 또는 유선(전기 또는 광학)일 수 있는 제어기로부터 입력 신호를 전송하기 위한 트랜스미터를 포함한다. 이러한 센서는 관성 측정 유닛, 전위차계, 광학 인코더 등의 형태를 취할 수 있다.Although not shown in FIGS. 7-11, each
도 1 내지 도 20b와 관련하여 설명된 제어기의 임의의 실시예에서, 사용자 피드백은 다수의 메커니즘 중 하나 이상에 의해 제어기로부터 제공될 수 있다. 예컨대, 햅틱 진동은 미묘한 진동 피드백을 제공할 수 있다. 힘 피드백은 일부 또는 모든 자유도들로 피드백을 제공할 수 있다. 주변 열과 공기는 복사열과 송풍 공기를 제공할 수 있다. 가상 현실 다중 감지 통합은 가상 세계 내에서 정밀한 제어를 발생할 수 있다. 통합 오디오는 드론 또는 기타 타겟 디바이스와 같은 제어 타겟으로부터 사운드 피드백을 제공할 수 있다. 제어기는 또한 표면 열과 냉기를 제공하여 열과 냉각 감각을 통해 피드백을 제공할 수 있다. 사용자 인터페이스(UI/UX)는 선택적으로 통합 터치 스크린 및 조명, 플래시 컬러 등과 같은 시각적 표시기를 포함할 수 있다.In any embodiment of the controller described with respect to FIGS. 1-20B, user feedback may be provided from the controller by one or more of a number of mechanisms. For example, haptic vibrations can provide subtle vibration feedback. Force feedback can provide feedback with some or all degrees of freedom. Ambient heat and air can provide radiant heat and blown air. Virtual reality multi-sensing integration can generate precise control within the virtual world. The integrated audio can provide sound feedback from a control target, such as a drone or other target device. The controller can also provide surface heat and cold to provide feedback through the heat and cooling sensations. The user interface (UI/UX) may optionally include an integrated touch screen and visual indicators such as lighting, flash color, and the like.
이제 도 12, 도 13 및 도 14로 돌아가면, 제어기(700, 900, 1000 및 1100) 중 어느 하나가 연결될 수 있는 3 개의 변형된 베이스 구조(1200, 1300 및 1400)가 도시되어 있다. 임의의 다른 도면들에 도시된 것들도 적용될 수 있다. 도면에서, 제어기(900)는 예로서 사용되지만, 다른 제어기는 임의의 베이스와 함께 사용되도록 구성될 수 있다. 베이스는 다음 기능 중 하나 이상을 제공할 수 있다: 제어기의 제 1 제어 부재의 변위를 측정하기 위한 기준 프레임으로서의 기능; 변위를 측정하기 위한 인터페이스 센서를 위한 신호 조절 회로, 상기 및 다른 곳에 기술된 것과 같은 소프트웨어 프로그래밍된 프로세스를 실행하기 위한 프로세서, 전력을 위한 배터리 또는 다른 소스, 다른 하드웨어를 위한 인터페이스, 및 무선 통신을 위한 트랜스미터 및 리시버를 수용하기 위한 기능.Turning now to FIGS. 12, 13 and 14, three modified
도 12는 모바일 양손 제어기 시스템을 도시한다. 양손 제어기는 예컨대 걷기, 스키, 달리기, 운전 등 이동하는 중에도 일관되고 알려진 기준 프레임(비지배 손에 의해 안정화된)을 제공한다. 특정 유형의 적용, 예컨대 검사, 보안 및 영화 촬영용 드론 미션의 경우, 사용자의 손에 의해 고정되거나 달리 안정화될 수 있는 플랫폼에 손 제어기가 장착될 수 있다. 플랫폼은 2차 제어 및 원한다면 디스플레이 유닛을 포함할 수 있다. 일 예에서, 모든 6-DoF 입력은 플랫폼을 통해 반응될 수 있다. 이러한 배열로, 제어 시스템의 이 예는 직관적인(비의도적인 인지) 입력을 가진 전투기 파일럿과 같이 공기를 통한 이동을 용이하게 한다.12 shows a mobile two-hand controller system. The two-handed controller provides a consistent and known reference frame (stabilized by a non-dominant hand) on the go, such as walking, skiing, running, driving. For certain types of applications, such as inspection, security, and drone missions for cinematography, the hand controller can be mounted on a platform that can be fixed or otherwise stabilized by the user's hand. The platform can include secondary control and a display unit if desired. In one example, all 6-DoF inputs can be reacted through the platform. With this arrangement, this example of the control system facilitates movement through the air, such as a fighter pilot with intuitive (unintentional perception) input.
손 제어기(900)와 같은 손 제어기는 베이스의 상단 표면 내로 플러그결합(또는 대안적으로 영구적으로 장착)된다. 손 제어기(900)를 사용하는 중에 사용자의 다른 손이 파지하기 위해, 예컨대 권총 파지부 형태의 핸들 또는 파지부(1204)가 베이스의 반대 측에 제공된다. (다른 형상 및 유형의 핸들도 당업자에 의해 고려될 수 있다) 이것은 비지배적 손과 같은 사용자의 다른 손이 베이스를 잡거나 안정화시킬 수 있게 한다. 베이스는 선택적으로 키, 버튼, 다이얼, 터치패드, 트랙패드, 트랙볼 공 등과 같은 추가 사용자 인터페이스 요소(1206 및 1208)를 포함할 수 있다. 디스플레이(1210)는 사용자가 볼 수 있는 위치에서 베이스에 장착되거나 베이스에 통합된다. 드론으로부터의 라이브 비디오 또는 게임과 같이 제어되는 적용예의 하나 이상의 비디오 또는 그래픽 이미지는 디스플레이에 실시간으로 표시될 수 있다. 대안적으로, 베이스는 스마트폰 또는 유사한 디바이스가 놓여지거나 또는 장착될 수 있는 장착부를 포함할 수 있다. 대안 또는 선택적인 특징들은 다음 특징들 중 임의의 하나 이상의 조합을 포함한다. 베이스는 조이스틱의 빠른 분리와 2 개의 장착 지점으로 양손에 대해 재구성될 수 있다. 이는 2차 제어를 위한 충분한 공간이 있는 비대칭(도시됨) 또는 대칭 형상일 수 있다. 이는 상단 표면에 기울기 기능이 있는 스마트폰 부착물을 포함할 수 있다. 이는 드론 카메라의 팬 및 기울기 제어를 가능하게 하는 2차 조이스틱, 및 사용자가 조이스틱을 파지하여 맞물리지 않을 때 타겟의 이동을 방지하거나 정지시킬 수 있는 용량성 또는 압력 데드맨 스위치(pressure deadman switch)를 포함할 수 있다. 또한 이는 2차 제어를 위한 큰 디스플레이 장착부 및 표면적을 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 파지부 또는 핸들은 제어기의 보다 중간 선에 위치될 수 있으며, 따라서 일부 축외 모멘트를 감소시킨다. 다른 실시예들에서, 베이스를 유지하는 대신에 베이스를 사용자의 몸체에 장착함으로써 베이스가 안정화될 수 있다. 사용자의 몸체에 대한 베이스의 장착 지점의 예는 가슴 장착부, 벨트 및 의류 물품을 포함한다.A hand controller, such as
도 13은 다른 입력을 제공하기 위해 이동될 수 있는 베이스의 예이며, 이 경우 추가 입력 버튼(1304 및 1306)을 갖는 마우스이다. 이 예에서, 손 제어기를 위한 2차 연결 지점(1308)이 제공되어 왼손 잡이 및 오른손 잡이 사용자 모두를 수용한다. 일 예는 컴퓨터 화면에서 3D 이미지를 탐색하는 것이고, 기존 마우스 기능은 시야에서 커서를 이동하고 드롭 다운 메뉴(drop-down menus)를 조작하는데 사용되고, 반면 제어기(900)는 다수의 자유도들로 3-D 객체를 재배향 및/또는 이동시키는데 사용된다.13 is an example of a base that can be moved to provide another input, in this case a mouse with
도 14는 유선 고정 베이스, 한손 제어기(1400)의 예를 도시한다.14 shows an example of a wired fixed base, one-
필요하지는 않지만, 각각의 도면은 제어기가 그 바닥에서 베이스에 신속하게 연결될 수 있는 예시적인 실시예를 도시한다. 베이스의 각 예에서, 제어기(900)는 조이스틱 형의 작은 레버(1202, 1302 및 1402)에 연결된다. 이 레버는 베이스 내에 센서가 위치한 피치, 롤 및 요 입력을 제공하는데 사용될 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. 대신에(또는 추가로) 제 1 제어 부재를 제로 위치에 센터링하고 사용자에게 피드백을 제공하는데 사용될 수 있다. 제어기와 베이스 사이의 RF 또는 유선 연결을 사용하여 제어기 내 센서로부터 신호를 통신할 수 있다.Although not required, each figure shows an exemplary embodiment in which the controller can be quickly connected to the base at its bottom. In each example of the base, the
도 15는 제 2 제어 부재로서 기능하는 엄지 루프(1503) 외에 검지 손가락 루프(1502)를 포함하는 제어기(900)와 같은 손 제어기(1500)의 실시예의 예를 도시한다. 이 검지 루프는 말하자면 가상 세계의 객체 상의 손잡이와 같이 물리적 또는 가상 엔드 이펙터의 개폐를 제어하는데 사용할 수 있다. 디자인은 손바닥에 인체 공학적으로 매우 낮은 프로파일로 맞출 수 있으며 가상/증강 현실 또는 드론 비행에 최적화될 수 있다. 예컨대, 엔드 이펙터를 개폐하는 검지 루프가 추가되어 가상/증강 현실 적용에 유익할 수 있다.15 shows an example of an embodiment of a
또한, 도 15에는 사용자의 팔뚝(1506) 상에 배치하기 위한 부착물(1504)이 개략적으로 도시되어 있다. 부착물(1504)과 손 제어기(1500) 사이의 결합(1508)은 손 제어기를 지지하고 전위차계 또는 광학 인코더를 사용하여 베이스 스테이션으로부터 제거될 때에도 제어기(1500)가 팔뚝 부착물(1504)에 대해 고정된 피봇 점(1510)에 연결될 때 제어기(1500)의 피치, 롤 및 요의 각도 변위를 정확하게 측정할 수 있게 한다. 이에 대해 손목이나 팔뚝의 인덱싱이 가능한다. 일 실시예에서, 손 제어기는 대신에 다른 유형의 센서를 사용하여 하나 이상의 피치, 롤 또는 요를 감지하기 위해 IMU를 사용하지 않는다. 대안적으로, 시스템은 둘 이상의 IMU 및 데이터의 소프트웨어 필터링을 사용하여 상대 변위를 측정하고 비행 제어를 명령할 수 있다.In addition, FIG. 15 schematically shows an
손 제어기를 통해 물리적 또는 가상 공간을 통해 기준점을 이동시키는 것은 제어되는 모든 자유도로 변위에 대한 일정한 통찰력이 필요하다. 달리 말하면, "제로 입력"이 항상 x, y 및 z 방향을 따라 이동하는 위치 및 드론을 위해 요잉을 아는 것이 중요하다. 가상 및 증강 현실, 컴퓨터 게임 및 수술 로봇과 같은 다른 비행 체제는 동시에 6 개의 독립적인 자유도들(X, Y, Z, 피치, 요, 롤)을 요구할 수 있다. 또한, 드론 비행 및 가상 현실 및 특히 증강 현실의 경우, 기준점(POR)의 정확한 제어를 유지하면서 이동하는 능력이 바람직하다.Moving the reference point through physical or virtual space through the hand controller requires constant insight into displacement with all the degrees of freedom being controlled. In other words, it is important to know the yaw for the drone and where the "zero input" always moves along the x, y and z directions. Other flight systems, such as virtual and augmented reality, computer games and surgical robots, can simultaneously require six independent degrees of freedom (X, Y, Z, pitch, yaw, roll). Also, in the case of drone flight and virtual reality and especially augmented reality, the ability to move while maintaining accurate control of the reference point (POR) is desirable.
일부 실시예에서, 검지 손가락 루프(1502)는 검지가 이동하지 않게 검지를 구속하도록 구성될 수 있다. 검지 구속은 X, Y 및 Z 병진 이동에 대한 엄지 루프(1503)의 안정성을 제공하고 추가로 미세한 독립적 제어를 용이하게 할 수 있다.In some embodiments,
도 15 내지 도 20b는 2 개의 부분을 갖는 제어 시스템의 몇몇 대표적인 실시예를 도시한다: 걷기, 스키, 달리기 또는 운전과 같이 사용자 또는 사용자의 팔이 이동하거나 가속하는 중에도 일관되고 알려진 기준 프레임(사용자의 손목에 고정)을 제공하는 핸드 헬드 제어기 및 사용자의 팔뚝 또는 손목에 장착하도록 구성되거나 또는 적합한 브레이스 형태의 팔뚝 부착물.15-20B show some representative embodiments of a two-part control system: a consistent and known reference frame (user's) while the user or the user's arm is moving or accelerating, such as walking, skiing, running or driving. Handheld controller providing a fixed wrist) and a forearm attachment in the form of a suitable brace or configured to mount on the user's forearm or wrist.
이들 도면에 도시된 예에서, 팔뚝 부착물은 다수의 형태 중 하나를 취할 수 있다. 예컨대, 이는 브레이스, 손목 랩[팔뚝 또는 손목 주위를 감싸고 예컨대 벨크로(Velcro)를 사용하여 고정될 수 있음], 슬랩-팔찌 또는 팔뚝의 적어도 일부를 따르는 다른 품목을 포함할 수 있다. 그러나, 이는 또한 비교적 단단한 지지 구조를 포함할 수 있다. 팔뚝 부착물은 구조적 및/또는 기능적으로 일부 측면에서 이들 항목과 유사하기 때문에 브레이스, 커프(cuff) 또는 "건틀릿(gauntlet)"으로 지칭될 수 있다. 그러나 이러한 용어의 사용이 명령문 기능에 표시되거나 요구되는 것 이상의 구조를 의미해서는 안된다.In the example shown in these figures, the forearm attachment can take one of a number of forms. For example, it may include a brace, a wrist wrap (which wraps around the forearm or wrist and can be secured using, for example, Velcro), a slab-bracelet or other item that follows at least a portion of the forearm. However, it may also include a relatively rigid support structure. Forearm attachments may be referred to as braces, cuffs, or “gauntlets” because they are structurally and/or functionally similar in some respects to these items. However, the use of these terms should not imply more structure than is indicated or required in the statement function.
손 제어기와 팔뚝 부착물은 기계적 연동부, 지주 또는 지지대에 의해 연결된다. 일 실시예에서, 이는 수동 연동부이다; 다른 실시예들에서는 그렇지 않다. 후술된 예에 사용된 한 유형의 수동 기계적 연동부는 변위를 측정하기 위해 센터링 스프링과 전위차계를 갖는 2 축 짐벌 피봇이다. 대안적으로, 가능하게는 부분 글러브에 내장된 케이블, 이중 피스톤 메커니즘(압축 스프링), 공압 실린더 또는 수동 보강재/배튼(batten)을 사용할 수 있다. 예에서, 연동부는 사용자가 사용자에게 조이스틱 상의 적어도 하나, 적어도 2 개 또는 3 개의 회전축 모두에서 제로 입력을 감지할 수 있는 힘을 사용자에게 부여한다.The hand controller and forearm attachment are connected by a mechanical linkage, post or support. In one embodiment, it is a manual linkage; In other embodiments it is not. One type of manual mechanical linkage used in the examples described below is a two-axis gimbal pivot with a centering spring and potentiometer to measure displacement. Alternatively, it is possible to use a cable embedded in a partial glove, a double piston mechanism (compression spring), a pneumatic cylinder or a manual stiffener/batten. In an example, the linkage unit gives the user a force to allow the user to sense zero input on at least one, at least two or all three rotation axes on the joystick.
작은 관성 측정 유닛(IMU)은 또한 팔뚝 부착물과 제어기의 1차 제어 부재 내에 배치될 수 있고, 예컨대 팔뚝과 제어기 사이의 순수한 차동(상대) 이동의 검출을 허용한다. 예컨대, 노이즈 신호는 디지털 적응 필터링으로써 오버샘플링 및 후속 데시메이션(decimation)에 의해 관리될 수 있어 기계적으로 소음 환경(하이킹, 달리기 또는 달리 이동하는 중에)에서 팔과 손의 상대적인 이동을 측정할 수 있다. 그러나, 다른 메커니즘으로 하나 이상의 피치, 롤 또는 요를 측정할 수 있는 후술된 실시예에서, IMU는 1차 제어 부재의 회전 변위 중 하나 또는 둘만 필요할 수 있다.A small inertial measurement unit (IMU) can also be placed in the forearm attachment and the primary control member of the controller, allowing for the detection of pure differential (relative) movement between the forearm and the controller, for example. For example, the noise signal can be managed by oversampling and subsequent decimation with digital adaptive filtering to mechanically measure the relative movement of the arm and hand in a noisy environment (while hiking, running or otherwise moving). . However, in the embodiments described below that can measure one or more pitches, rolls, or yaws with other mechanisms, the IMU may only need one or two of the rotational displacements of the primary control member.
대안적인 실시예에서, 수동 또는 능동 기계적 피드백은 주어진 회전 축에서의 변위를 사용자에게 알리기 위해 사용될 수 있다. 피드백은 또한 진동 햅틱 및 힘 피드백을 포함할 수 있다.In alternative embodiments, passive or active mechanical feedback can be used to inform the user of displacement in a given axis of rotation. Feedback can also include vibration haptic and force feedback.
드론 비행의 경우, 일 실시예는 손목에서 2 개의 짐벌 자유도들 및 엄지에서 2 개의 짐벌 자유도들을 포함한다: 손목 피치(X 또는 전/후) 및 손목 요(좌/우 피봇); 엄지/Z 패들(위/아래 병진) 및 엄지 Y(좌/우 병진).For drone flight, one embodiment includes two gimbal degrees of freedom at the wrist and two gimbal degrees of freedom at the thumb: wrist pitch (X or before/after) and wrist yaw (left/right pivot); Thumb/Z paddle (up/down translation) and thumb Y (left/right translation).
대안적으로, 팔뚝의 롤에서의 변위는 팔뚝 위로 적어도 절반까지 연장되는 건틀릿에 의해 척골에 대한 반경 뼈의 이동을 물리적으로 감지함으로써 측정될 수 있다. 증강 현실 적용에는 바람직할 수 있지만 드론 비행에는 측정 팔뚝 롤을 포함한 완전한 6 자유도의 제어가 필요하지 않다. 상술된 요 및 Y 병진 입력은 비행 테스트 및 개인 기본 설정에 따라 사용자 기본 설정에서 교체될 수 있다.Alternatively, displacement in the roll of the forearm can be measured by physically sensing the movement of the radius bone relative to the ulna by a gauntlet extending at least half over the forearm. This may be desirable for augmented reality applications, but drone flight does not require full six degrees of freedom control, including measuring forearm rolls. The yaw and Y translation inputs described above may be replaced in user preferences according to flight testing and personal preferences.
엄지 루프/"Z 패들"은 측면으로 의도된 변위를 측정하기 위해 조이스틱 상단의 "갠트리"를 사용하는 중에 유지된다. 팔뚝 롤을 측정하는 다른 방법은 팔뚝 근육 전위의 EMG 검출, 회전 기능으로 팔뚝의 차동 윤곽을 선택하는 압력 센서를 갖는 등각 팔뚝 랩, 회전을 표시하는 차동 IMU 또는 IMU와 카메라 시스템(손목 대 팔꿈치)의 조합이 있다. 후자의 해결방안은 롤의 제로 위치를 사용자에게 알리기 위해 진동 햅틱 또는 힘 피드백을 필요로 한다.The thumb loop/"Z paddle" is maintained while using the "gantry" on the top of the joystick to measure the intended displacement to the side. Other methods of measuring forearm rolls include EMG detection of forearm muscle potential, conformal forearm wrap with pressure sensor to select differential contour of forearm with rotation function, differential IMU or IMU to indicate rotation and camera system (wrist to elbow). There is a combination. The latter solution requires vibrating haptic or force feedback to inform the user of the roll's zero position.
하기 특징 중 하나 이상이 본원에 기술된 임의의 실시예에 통합될 수 있다: 양손으로 재구성 가능; 양측에서 사용 가능한 버튼이 있는 대칭 형상; 손목 랩의 빠른 착용 및 벗음(don and doff) 또는 조이스틱 연결 해제; 손목 랩에 틸트 기능이 있는 스마트폰 부착; 드론 카메라의 (팬)/틸트를 허용하기 위해 조이스틱의 베이스에 있는 2차 조이스틱; 볼펜과 같이 조이스틱의 베이스로부터 후퇴 및 연장할 수 있는 2차 조이스틱; 제어기를 안전 보장으로 만드는 용량성 또는 압력 활성화된 데드 맨 스위치(dead man switch); 제거하여 테이블 탑 베이스 상에 배치할 수 있거나 독립형 또는 상술된 것과 같은 다른 유형의 특정 기능의 베이스 상에 배치할 수 있는 모듈형 조이스틱.One or more of the following features can be incorporated into any of the embodiments described herein: reconfigurable with both hands; Symmetrical shape with buttons available on both sides; Quick wear and tear off of the wrist wrap (don and doff) or disconnection of the joystick; Attach a smartphone with a tilt function to the wrist wrap; A secondary joystick at the base of the joystick to allow (pan)/tilt of the drone camera; A secondary joystick that can retract and extend from the base of the joystick, such as a ballpoint pen; A capacitive or pressure activated dead man switch that makes the controller safe; A modular joystick that can be removed and placed on a table top base, or stand-alone or on a base of other types of specific functions such as those described above.
짐벌과 같이 본원에 기술된 다양한 실시예에서 변위를 나타내기 위해 제어 부재의 피봇팅을 허용하는 메커니즘은 선택적으로 제어 부재를 센터링하기 위한 비틀림 스프링 및 각도 변위를 측정하기 위한 전위차계 및 홀 효과 센서와 같은 센서를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 예컨대 조이스틱을 짐벌에 연결하는 결합 또는 연동부는 상이한 크기의 사용자에 대해 상이한 크기의 조이스틱을 수용하도록 조정 가능하거나 적용 가능하게 만들어질 수 있다.In various embodiments described herein, such as gimbals, mechanisms that allow pivoting of the control member to indicate displacement, such as a potentiometer and Hall effect sensor to measure angular displacement and torsion springs for selectively centering the control member It may include a sensor. Preferably, for example, the coupling or linkage connecting the joystick to the gimbal can be made adjustable or adaptable to accommodate different size joysticks for different sized users.
범용 스마트폰 홀더는 또한 팔뚝 부착물 또는 브레이스에 장착된 브래킷에 부착된 홀더를 포함할 수 있다.The universal smartphone holder may also include a holder attached to a forearm attachment or a bracket mounted on a brace.
다음 도면의 손 제어기는 6의 자유도들의 한손 제어 디바이스를 포함하되, 조이스틱 형태의 제 1 제어 부재(또는 조이스틱과 같은 디바이스)와 사용자의 엄지에 대한 제 2 제어 부재(루프, 갠트리, 트랙볼, 터치 패드 또는 기타 입력 디바이스)는 동일 손의 하나 이상의 손가락에 의해 사용되도록 구성되고 제 2 제어 부재와 연계하여 반대 방향으로 이동하는 다른 제 3 제어 부재에 의해 Z 축 이동이 확대되어 있다.The hand controller of the following figure includes a one-hand control device of six degrees of freedom, with a first control member (or device such as a joystick) in the form of a joystick and a second control member (loop, gantry, trackball, touch pad) for the user's thumb Or other input device) is configured to be used by one or more fingers of the same hand and the Z-axis movement is enlarged by another third control member moving in the opposite direction in connection with the second control member.
예컨대, 드론 비행 또는 가상/증강 현실의 적용에 유용한 추가 특징은 예컨대 모바일 전위차계, 홀 효과 또는 광학 인코더를 사용하여 피치, 롤 및 요를 감지할 수 있는 팔뚝 브레이스를 포함할 수 있다. 스마트 디바이스(스마트폰, 태블릿) 홀더와 마찬가지로 팬/틸트 제어부를 제어기에 통합할 수도 있다. 손 제어기가 부착되는 베이스 구조는 또한 모바일 전위차계 또는 광학 인코더 감지를 허용하기 위해 사용자의 다른 손 또는 비지배 손을 위한 제 2 핸들을 포함할 수 있다.For example, additional features useful for drone flight or virtual/augmented reality applications may include forearm braces that can detect pitch, roll and yaw, for example using a mobile potentiometer, Hall effect or optical encoder. Like the smart device (smartphone, tablet) holder, the pan/tilt control can also be integrated into the controller. The base structure to which the hand controller is attached may also include a second handle for the user's other hand or non-dominant hand to allow sensing of the mobile potentiometer or optical encoder.
요 정밀도를 위한 대체 해결방안에는 유도 자기장 손목 팔찌, 차동 IMU, 요 관련 노이즈를 줄이기 위한 IMU의 소프트웨어 필터링, 반응 휠(고정밀 자이로;high precision gyro) 및 전위차계 또는 광학 인코더에 의한 관성(고정밀 요 자이로) 균형 요 중 하나 이상이 포함될 수 있다. IMU 데이터의 소프트웨어 필터링은 동적 재 제로화를 포함할 수 있다.Alternative solutions for yaw precision include induction magnetic wrist wristbands, differential IMUs, IMU's software filtering to reduce yaw related noise, reaction wheel (high precision gyro) and inertia by potentiometer or optical encoder (high precision yaw gyro) One or more of the balance urine may be included. Software filtering of IMU data can include dynamic re-zeroing.
제어기의 제어 신호는 추가 입력에 의해 추가 증강될 수 있다. 예컨대, 머리 또는 몸체에 장착된 "연결 센서"를 사용할 수 있다. 이것은 그리드 타입 적외선 입력 또는 RF 지향성 또는 전 방향성 추적과 같은 다른 광학 기반 변형을 사용할 수 있다. 연결 센서는 대화형 가상 현실 적용 또는 손목 장착과 같은 헤드 장착일 수 있다. 보다 일반적인 몸체 위치 입력에 "도트(dot)" 추적을 사용할 수 있다. 도트 추적의 유형은 예컨대 자기 또는 사진측량일 수 있다.The control signal of the controller can be further augmented by an additional input. For example, a “connection sensor” mounted on the head or body can be used. It can use a grid-type infrared input or other optically based deformation such as RF directivity or omni-directional tracking. The connection sensor can be an interactive virtual reality application or a head mount, such as a wrist mount. You can use "dot" tracking for more general body position input. The type of dot tracking can be, for example, magnetic or photogrammetric.
이제 도 16을 참조하면, 제어기(1600)는 이전 단락에서 설명된 다른 손 제어기와 실질적으로 유사하다. 이 예에서, 이는 비디오 디스플레이(1604) 및 버튼 형태의 추가 사용자 입력(1606) 및 다른 유형의 사용자 입력을 포함하는 팔뚝 부착물(1602)에 연결된다. 제어기(1600)와 팔뚝 부착물(1604) 사이의 연결부(1608)는 부착물(1604)과 함께 제어기(1600)의 상대 위치를 유지하고, 연결부(1608)의 단부에 장착된 내부 센서 또는 외부 센서를 사용하여 피치, 요 및 롤을 측정할 수 있는 피봇 점을 제공하는 비교적 강성 연동부이다. Referring now to FIG. 16,
이제 팔뚝 부착물로서 작용하는 커프(1700)의 대안적인 실시예를 도시하는 도 17 및 도 18을 참조한다. 이 예에서, 손 제어기(1702)가 개략적으로 도시되어 있다. 이는 본원에 기술된 임의의 손 제어기를 나타낸다. 본원에 기술된 임의의 손 제어기는 이 예에서 사용되도록 구성될 수 있다. 이 예에서, 제어기는 제어기 아래에 위치되고 길이 조정부(1710)에 의해 지시된 바와 같이 조정될 수 있는 기계적 연동부 또는 스트럿(1708)으로 커프(1700)에 부착된 피치 센서(1706)와 연결된다. 기계적 연동부(1708)의 단부는 다른 각도를 허용하기 위해 구형 베어링(1712)을 사용하여 팔뚝 부착물에 부착된다. 길이 조정부(1710)와 마찬가지로, 이는 사용자가 제어기의 위치를 만족스럽게 조정하면 조여질 것이다.Reference is now made to FIGS. 17 and 18 showing an alternative embodiment of the
이 예는 적어도 피치 및 요 측정에 IMU가 제어기에서 사용되지 않는 것을 고려한다. 오히려, 요, 롤 및 피치 센서는 손 제어기(1702)의 바닥 또는 팔뚝 부착물과 제어기 사이의 기계적 연결부 또는 지지부의 베이스(1703)에 통합된다. 이러한 센서는, 일 예에서 전위차계 또는 홀 효과 센서와 같은 하나 이상의 검출기 및 제로 위치로부터 피드백을 제공하는 스프링(예: 비틀림 스프링)을 갖는 짐벌 형태를 취할 수 있다. 이 예에서, 요 센서(1714)는 제어기(1702)의 바닥에 통합되지만, 피치 센서(1706)가 배치되는 링크 또는 스트럿(1708)의 베이스에도 통합될 수 있다. 보이지 않는 롤 센서는 피치 센서가 배치되는 연동부(1708)의 베이스 또는 제어기(1702)의 바닥 또는 베이스 부분에 배치될 수 있다.This example takes into account that the IMU is not used in the controller, at least for pitch and yaw measurements. Rather, the yaw, roll and pitch sensors are integrated into the
이제 도 19a, 도 19b, 도 19c 및 도 19d를 참조하면, 팔뚝 부착물(1904)과 손 제어기(1906)(도 19d 만) 사이에 이중 짐벌 링크(1902)의 특정 예를 갖는 제어 시스템(1900)의 실시예가 도시되어 있다. 이중 짐벌 링크(1902)는 90도에 배치된 짐벌(1908, 1910)을 서로 부착하여 각각 피치 및 요를 측정한다. 손 제어기는 레버 암의 역할을 하는 손 제어기 장착부(1912)에 연결되고 요 짐벌(1910)에 연결된다. 슬리브 또는 브레이스(1914)를 포함하고 팔에 부착하기 위해 스트랩이 연결될 수 있는 팔뚝 부착물은 피치 짐벌(1908)의 일측에 연결된 레버 암(1916)에 지지된다. 도 19c에서 도시된 손 제어기 장착부(1912)는 조절 가능하다는 점에서 도 19a 및 도 19b에 도시된 것의 변형이다. 폰 홀더(1918)는 사용자가 볼 수 있도록 암 부착물(1904)에 장착되거나 부착된다. 이 예에서는 폰 홀더를 조정하여 다양한 유형과 크기의 폰를 유지할 수 있다.Referring now to FIGS. 19A, 19B, 19C, and 19D, a
이제 도 20a 및 도 20b로 돌아가서, 도 19a 내지 도 19d와 유사한 제어 시스템의 다른 예가 도시되어 있다. 이 예에서, 제어 시스템은 도 19a 내지 도 19d에 도시된 것과 유사한 방식으로 브래킷(2006)과 연결된 피치 및 요를 각각 측정하는 피치 짐벌(2002) 및 요 짐벌(2004)을 사용한다. 피치 짐벌(2002)은 제어기(2010)를 파지 및 회전시킬 때 손목 관절이 선회하는 위치 근처에 배치된 브레이스(2008)의 형태로 팔뚝 부착물에 장착된다. 브레이스는 스트랩(2012)에 의해 유지된다. 브레이스는 상술된 실시예에서와 같이 안정기 역할을 한다. 제어기(2010)는 길이 조절 식 레버 암(2014)에 장착된다. 이 예에서, 제어기(2010)는 상술된 실시예의 다른 손 제어기와 마찬가지로 몸체(2016)를 가지며, 상기 몸체는 회전 변위(2 개는 짐벌에 의해 측정됨)를 입력하는데 사용되는 사용자에 의해서 파지가능한 제 1 제어 부재, X, Y, Z 입력에 대한 엄지 루프(2018) 형태의 몸체(2016) 상단의 제 2 제어 부재를 형성한다. 몸체의 바닥 근처의 전방에는, 예컨대 카메라 팬 및 틸트 입력, 또는 도구 조작에 사용될 수 있는 조이스틱(2022)이 있다.Turning now to FIGS. 20A and 20B, another example of a control system similar to FIGS. 19A-19D is shown. In this example, the control system uses a
이제 도 21a 내지 도 21f를 참조하면, 최대 6 DoF에서 사용자의 손에 의해 조작되도록 작동할 수 있는 양손 제어기 시스템(2100)의 예시적인 실시예가 제시된다. 제어기 시스템(2100)은 제 1 제어 부재(2106)를 파지하지 않는 사용자의 손 예컨대 사용자의 비지배적 손에 의해 이동하고 유지되도록 작동할 수 있다. 그러나, 제어기 시스템(2100)은 하니스, 벨트 또는 다른 그러한 방법에 의해 정적 표면 상에 위치되거나 사용자의 몸에 고정되거나 사용자의 몸에 장착될 수 있다. 제어기 시스템(2100)은 베이스 구조(2102) 및 한손 제어기(2104)를 포함한다. 제어기 시스템(2100)은 베이스 구조(2102) 및 한손 제어기(2104)를 포함한다. 제어기 시스템(2100)은 적어도 제어기(700, 900, 1000, 1100) 및 후술되는 제어기와 같은 상술된 제어기와 같은 방식으로 기능하고 작동한다. 제어기(2104)는 제 1 제어 부재(2106) 외에 제 2 제어 부재(2108)를 포함한다. 제어기(2104)는 본원에 기술된 다른 제 3 제어 부재와 유사한 제 3 제어 부재(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 제 1 제어 부재(2106)는 사용자가 제 1 제어 부재를 파지하고 그것을 밀어서 최대 3 개의 독립적인 회전 자유도들로 베이스에 대한 회전 변위를 허용하도록 베이스에 부착되거나 결합된다. 제 2 제어 부재(2108)는 단독으로 또는 제 3 제어 부재와 함께 Z 축을 따라 변위될 수 있다.Referring now to FIGS. 21A-21F, an exemplary embodiment of a two-
제어기 시스템(2100)은 스마트폰 또는 유사한 디바이스가 제어되는 타겟과의 통신을 위해 또는 파라미터를 변경하는 것과 같이 제어기 시스템과 상호 작용하기 위한 애플리케이션을 실행하기 위해 배치되거나 장착될 수 있는 장착부(2110)를 추가로 포함한다. 폰은 베이스와 유선으로 연결될 수도 있지만, 예컨대 폰은 베이스와 무선으로 연결될 수 있다. 장착부(2110)는 베이스(2102)에 연결된 제 1 단부 및 스마트폰을 장착하기 위한 제 2 단부를 갖는 브래킷으로 구성된다. 장착부(2110)는 손 제어기(2104)의 최상부 위로 연장되는 최상부를 가질 수 있다. 손 제어기(2104)는 베이스 구조(2102)의 전방을 향해 각이지고 장착부(2110)는 베이스 구조(2102)의 후방을 향해 각이진다. 다른 실시예에서, 장착부(2110)는 베이스 구조(2102)의 후방을 지나 측방향으로 연장된다. 일 실시예에서, 장착부는 스마트폰의 위치 결정을 허용하도록 조정 가능하다.The
이제 도 22a 내지 도 22f를 참조하면, 사용자의 다른 손이 베이스(2202)를 유지할 수 있게 하면서 4 내지 6 자유도들로 입력할 수 있는 한손 제어기를 갖는 제어기 시스템(2100)과 같은 제어기 시스템(2200)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 제어기 시스템(2200)은 따라서 모바일 환경에서 사용될 수 있고 제 1 제어 부재를 파지하는 손이 아닌 사용자의 다른 손에 의해 유지될 수 있다. 제어기 시스템(2200)의 베이스(2202)는 태블릿과 같은 형상이다. 그러나, 본원에 기술된 다른 제어 시스템과 달리, 손 제어기의 일 단부가 피봇 점을 중심으로 회전 변위를 위해 하 단부에 결합되는 경우, 본 실시예의 제 1 제어 부재는 피봇을 통해 연장되는 최대 3 개의 직교 축 둘레로 선회하거나 회전시켜 최대 3 자유도들로 회전 변위가 가능하도록 중간 지점 근처에 있는 볼 조인트, 짐벌 또는 기타 디바이스와 같이 피봇(2202)에 의해 베이스에 결합된다. Referring now to FIGS. 22A-22F, a
제어기(2200)는 이전에 개시된 제어기 및 본원에 기술된 다른 것과 유사하게 기능한다. 제어기(2204)는 최대 3 자유도들(또는 원한다면 다른 실시예에서는 3도 미만)로 회전 가능하게 변위될 수 있는 제 1 제어 부재(2206) 및 실시예에 따라서 1 내지 3 자유도로 변위될 수 있는 제 2 제어 부재(2208)를 포함한다. 도시되지 않았지만, 제어기(2204)는 상술 및 후술된 다른 제 3 제어 부재와 유사한 제 3 제어 부재를 추가로 포함할 수 있다. 제어기 시스템(2200)은 스마트폰 또는 유사한 디바이스가 배치되거나 장착될 수 있는 베이스 구조(2202)의 상단 표면 상에 배치된 장착부(2210)를 추가로 포함한다.The
손 제어기(2204)는 베이스 구조(2202)에 평행한 위치로 배향된 손 제어기(2204)와 함께 적재 위치(stowed position)로 도시된다. 작동을 위해, 손 제어기(2204)는 피봇(2212)을 중심으로 작동 위치(도시되지 않음)로 회전된다. 일 실시예에서, 사용자는 일단 원하는 널 작동 위치(null operating position)로 또는 미리 설정되어 저장된 위치로 회전되면 바람직한 널 위치를 설정할 수 있다. 제 1 제어부의 회전 변위를 검출하기 위한 센서는 적재 위치의 이동을 감지할 수 있지만, 다른 센서 또는 스위치가 사용될 수 있다.The
이제 도 23을 참조하면, 상술 및 후술된 것과 같은 한손 제어기는 상이한 크기의 손에 의해 제어될 수 있는 배치 및 크기를 갖는 제 3 제어 부재로 설계될 수 있다. 제어기(2300)는 제 1 제어 부재(2302), 제 2 제어 부재(2304) 및 제 3 제어 부재(2306)를 포함하고, 이들 각각은 상술된 다른 제어기와 유사하게 작동하거나 기능할 수 있다. 제 1 손(2310)은 제 2 손(2312)보다 작다. 제 1 높이(2314)는 상이한 크기의 손의 검지 손가락에 대한 비 제한적 근사 높이 범위를 나타낸다. 제 2 높이(2316)는 상이한 크기의 손의 손가락(3, 4 및 5)에 대한 비 제한적인 근사 높이 범위를 나타낸다. 대안적인 실시예에서, 제어 번호(2306)는 상이한 손 크기의 사용자의 검지 손가락에 의해 눌려질 수 있도록 더 높은 위치에서 제 1 제어기의 파지 부분 상에 배치될 수 있다. Referring now to FIG. 23, a one-handed controller as described above and below can be designed with a third control member having an arrangement and size that can be controlled by different sized hands. The
이제 도 24a 및 도 24b를 참조하면, 예컨대 드론 항공기와 같이 비행에 적합한 4 자유도의 손 제어기에 대한 개략도가 도시되어 있다. 2400A와 2400B의 두 버전이 도시된다. 베이스에 연결된 것으로 도시되지 않지만, 도시되고 상술된 바와 같이 베이스에 연결되거나 팔뚝 브레이스와 함께 사용된다. 각 버전은 비슷하다. 각각은 베이스(2404)와 연결되고 사용자의 손에 의해 파지되도록 의도된 제 1 제어 부재(2402)를 갖는다. 각각은 사용자의 엄지 또는 검지 손가락에 의한 변위를 위해 제 1 제어 부재 상에 장착된 제 2 제어 부재(2406)를 갖지만, 도면에서는, 제 2 제어 부재는 엄지 루프 형태로 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 엄지 루프는 다른 유형의 제어 부재로 대체될 수 있다. 이들의 차이점은 도 24a에서 2408A로 지칭되고 도 24b에서 2408B로 지칭되는, 제 3 제어 부재의 제 1 제어 부재 상의 위치이다. 제 3 제어 부재(2408A)는 사용자의 제 3, 제 4 및/또는 제 5 손가락에 의해 작동되도록 하부에 위치된다. 제 3 제어 부재(2408B)는 제 1 제어 부재를 파지하는 사용자의 검지 손가락에 의해 눌려지거나 변위되도록 더 높게 위치된다. 본원에 기술된 손 제어기의 다른 예와 달리, 각각의 예(2400A 및 2400B)의 제 2 제어 부재(2404)는 일반적으로 제 1 제어 부재의 중심 축을 따라 배향된 축을 따라 오직 1 자유도로 이동한다. 제 3 제어 부재(2406)는 사용자가 제 2 및 제 3 제어 부재의 동적 균형을 가능하게 하기 위해 연동부(2410)에 의해 제 2 제어 부재에 결합된다. 제어 부재들 중 하나에 힘을 인가하면, 다른 제어 부재에 힘을 인가한다. 센서는 제 2 제어 부재 및 제 3 제어 부재의 변위 방향을 감지하는데 사용된다. 이 예에서, 연동부(2410) 상의 하나 이상의 자석 또는 다른 요소(도시되지 않음) 또는 제 2 및 제 3 제어 부재 상의 하나의 자석 또는 다른 요소(또는 둘 다)에 의해 발생된 자기장의 변화를 감지하기 위해 하나 이상의 홀 효과 센서(2414)가 장착되는 제 1 제어 부재 내에 회로 보드(2412)가 제공된다. Referring now to FIGS. 24A and 24B, a schematic diagram of a four degree of freedom hand controller suitable for flight, such as a drone aircraft, is shown. Two versions of 2400A and 2400B are shown. Although not shown as being connected to the base, it is shown and connected to the base as described above or used with a forearm brace. Each version is similar. Each has a
도 25a 및 도 25b는 손 제어기(2500)에 대한 이러한 동적 균형을 도시한다. 베이스는 생략되지만, 센서 회전 변위를 위해 상술된 것과 같이 베이스 또는 팔뚝 베이스와 결합될 것이다. 도 24a 및 도 24b의 것들과 마찬가지로, 상술된 수 개의 다른 제어기들과 같이, 제어기는 3 개의 제어 부재, 즉 제 1 제어 부재(2502), 제 2 제어 부재(2504) 및 제 3 제어 부재(2506)를 포함한다. 사용자의 손(2508)은 파지하기 위해 특별하게 형성되거나 적합한 제 1 부재의 영역에서 제 1 제어 부재를 파지한다. 사용자의 엄지 손가락(2510)은 Z 축을 따라 제 2 제어 부재(2504)를 변위시키는데 사용된다. 이 예에서, 엄지 루프는 사용자의 엄지가 제 2 제어 부재를 위로 당길 수 있게 하는데 사용된다. 그러나 엄지 루프를 사용할 필요는 없다. 제 3 제어 부재는 파지 부분 상에 하부에 장착되고 사용자의 제 3, 제 4 또는 제 5 손가락(2514) 중 어느 하나 이상이 제 3 제어 부재를 제 1 제어 부재를 향해 내측으로 눌렀을 정도로 충분히 크다. 대안적으로, 제 3 제어 부재는 사용자의 검지 손가락(2512)이 이를 누를 수 있도록 충분히 높이 장착될 수 있다. 도 25a에서, 제 2 제어 부재는 상향 연장되고, 제 3 제어 부재는 눌려진다. 사용자는 제 3 제어 부재를 누르거나, 제 2 제어 부재를 위로 당기거나, 또는 이 둘의 조합으로 이러한 변위를 유발할 수 있다. 도 25b에서, 제 2 제어 부재는 제 1 제어 부재를 향해 아래로 눌려져 제 3 제어 부재가 제 1 제어 부재로부터 외측으로 밀리게 한다. 하나 이상의 손가락으로 압착함으로써 제 3 제어 부재를 뒤로 밀어내는 능력으로 인해 변위가 엄지 손가락에 의한 것보다 사용자에 의해 보다 쉽게 제어될 수 있게 한다.25A and 25B show this dynamic balance for
각각의 제어기 시스템(2100, 2200, 2400) 및 손 제어기(2500 및 2600) 뿐 아니라 본원에 기술된 다른 제어기 중 일부의 실시예에서, 손 제어기의 제 1 제어 부재는 최대 3 자유도(또는 다른 실시예에서 원한다면 3 미만의 자유도)까지 회전식으로 변위될 수 있다. 유사하게, 손 제어기의 제 2 제어 부재는 병진 움직임(제 1 제어 부재에 대해 Z 축을 따라 위아래로 뿐 아니라 X 축 및 Y 축을 따라 좌우 및 전후로의 이동), 및/또는 변위를 표시하기 위해 피봇 점에 대한 회전 움직임을 사용하여 1 자유도, 2 자유도 또는 최대 3 자유도로 변위되도록 구성될 수 있다. 달리 지시되지 않는 한, 각각의 제어 시스템은 대안적인 실시예에서 제 1 및 제 2 제어 부재 각각에 대해 상이한 변위 자유도들을 허용하도록 구성될 수 있다. 사용되는 경우, 제 3 제어 부재는 일 실시예에서 Z 축을 따라 제 2 제어 부재의 변위를 동적으로 균형잡기 위해 사용될 수 있으며, 이는 일반적으로 제 1 제어 부재의 중심 축과 정렬된다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 제 3 제어 부재의 변위는 다른 제어 입력들으로서 사용될 수 있고 제 2 제어 부재에 링크되지 않을 수 있다.In some embodiments of each of the
도 26은 도 25a 및 도 25b에 도시된 제어기(2500)와 같은 손 제어기(2600)의 개략도이다. 이는 다른 손 제어기와 관련하여 상술된 것과 같이 작동하는 제 1, 제 2 및 제 3 제어 부재(2602, 2604, 2608)를 포함한다. 그러나, 제어기(2500)와 같이, 제 1 제어 부재는 공중 드론과 같이 타겟으로부터 전송된 정보를 표시하는 디스플레이가 존재하는 연장부(2610)(이 예에서는 개별 부재로 부착될 수 있지만 일체로 형성됨)를 포함한다. 표시할 수 있는 정보의 예로는 이동 방향, 고도 및 기타 위치 또는 방향 정보가 있다.26 is a schematic diagram of a hand controller 2600 such as
이제 도 27을 참조하면, 상기 주어진 제어기 시스템의 다양한 예에서, 각각의 손 제어기는 베이스, 프레임, 브레이스 또는 다른 요소와 연결되며, 이에 대해 제 1 제어 부재는 최대 3 개의 축 둘레로 최대 3 자유도로 변위를 유발하도록 반응되고, 이는 상기 변위를 측정하기 위한 기준 프레임을 제공한다. 이들 예시적인 실시예의 대부분에서, 제 1 제어 부재(2702), 제 2 제어 부재(2704) 및 제 3 제어 부재(2706)를 구비한 대표적인 제어기(2700)와 같은 핸들 제어기는 커넥터를 사용하여 베이스 또는 기타 디바이스에 선택적으로 제거 가능하게 부착되도록 구성되거나 제조될 수 있다. 이 대표적인 예에서, 손 제어기의 바닥은 커넥터(2708)에 플러그결합된다. 커넥터는 신호 및 전력을 손 제어기에 전송하기 위해 전기적으로 연결하기 위한 접점(2710)을 포함할 수 있다. 커넥터는, 예컨대 로커, 볼, 짐벌 또는 다른 메커니즘을 사용하여 피봇되는 포스트(2712)와 연결되어, 피봇 점에서 공통 원점을 갖는 최대 3개의 상호 직교 축 둘레의 적어도 1 자유도의 포스트의 회전 또는 각도 변위를 감지한다. 손 제어기의 베이스와 맞물리도록 멈춤쇠를 작동시키는 버튼(2714)으로 표시되는 버튼, 멈춤쇠 또는 다른 유지 메커니즘은 손 제어기를 연결한 후 해제하는데 사용될 수 있다. 이 특정 예는 제 1 제어 부재의 사용자 변위를 허용하기 위해 볼 조인트 또는 짐벌의 포스트에 연결되도록 의도된다.Referring now to FIG. 27, in various examples of the controller system given above, each hand controller is connected to a base, frame, brace or other element, with the first control member having up to 3 degrees of freedom around up to 3 axes It is reacted to cause displacement, which provides a reference frame for measuring the displacement. In most of these exemplary embodiments, a handle controller, such as a
도 28 및 도 29는 제어 부재, 특히 제 1 제어 부재의 2 자유도들로의 변위 및 변위 측정을 동시에 허용하기 위해 센서와 함께 사용될 수 있는 짐벌(2800)의 예를 개략적으로 도시한다. 짐벌은 손 제어기와 결합하기 위한 포스트(2802)와 함께 베이스에 장착되거나 또는 포스트가 베이스에 연결된 손 제어기에 장착될 수 있다. 짐벌은 또한 제 2 제어 부재의 변위를 측정하기 위한 센서와 함께 사용되도록 구성될 수 있다.28 and 29 schematically show an example of a
이 특정 예시적인 실시예에서, 짐벌(2800)은 예컨대 스프링(2805)에 의해 볼(2806)을 향해 내향으로 편향된 볼 형태의 2 개의 멈춤쇠(2804)를 제공한다. 한 쌍의 멈춤쇠만이 도시되어 있음에 유의한다. 다른 쌍은 볼 수 있는 쌍과 직교하게 배향될 것이다. 각 회전 방향에 대해 단일 멈춤쇠를 사용할 수 있지만, 쌍은 균형을 제공한다. 볼(2806)은 소켓(2808) 내에 장착되어 (볼을 1의 회전 자유도로 고정시키는데 사용될 수 있지만) 볼은 2의 자유도들로 소켓 내에서 자유롭게 회전할 수 있다. 베이스(2809)는 짐벌을 장착하기 위한 구조를 나타내며, 이에 대해 손 제어기가 반응할 수 있다. 캡(2810)은 포스트가 캡을 피봇할 수 있도록 소켓의 구형 형상의 외부 표면 위로 연장된다. 연장부 또는 키(2812)는 볼(2806)에 형성된 상보적인 개구 내에 끼워져 포스트(2802)의 각도 변위도 볼을 회전시킨다. 볼이 양쪽 회전 방향으로 널 위치로 회전될 때 모든 멈춤쇠는 홈(2814)과 맞물린다. 결합 및 해제되는 2 쌍의 멈춤쇠는 2 개의 회전축(예: 피치 및 롤)에서 널 위치에서 사용자에게 촉각 피드백을 제공한다. 센서 회전을 위해, (제로 위치에 있을 때) 하나 이상의 자석(2816)이 바닥 볼(2806)에 위치된다. 이것은 적어도 하나의 홀 효과 센서(2820)를 갖는 PCB(2818)가 두 회전 자유도들에 있는 볼의 각도 변위를 검출하고 측정하기 위해 밀접하게 위치될 수 있게 하고 그에 의해서 변위를 나타내는 신호를 발생시킨다. 이 배열의 한 가지 이점은 스프링과 조이스틱이 높아져 홀 효과 센서를 배치할 수 있도록 짐벌의 바닥을 유지할 수 있다. 다른 유형의 센서는 다른 실시예에서 홀 효과 센서 및 자석으로 대체될 수 있다. 이 짐벌 장착부는 본원에 기술된 손 제어기뿐만 아니라 다른 적용 분야에서도 사용될 수 있다.In this particular exemplary embodiment, the
상술된 손 제어기의 실시예에서, 손 제어기가 베이스에 장착될 때, 제 1 제어 부재는 예컨대 최대 3 개의 축 둘레의 회전 변위 및 최대 3 자유도들에 대해 볼 조인트 또는 짐벌에 연결된다. 도시된 실시예에서의 베이스는 또한 신호 조건 회로, 공정, 메모리(데이터 및 프로그램 명령을 저장하기 위한) 및 전원뿐만 아니라 제어기 시스템에 의해 발생된 제어 신호를 통신하기 위한 유선 및/또는 무선 인터페이스를 포함할 수 있다. 도 1은 이러한 구성요소의 비 제한적인 예이다.In the embodiment of the hand controller described above, when the hand controller is mounted to the base, the first control member is connected to a ball joint or gimbal, for example for rotational displacements and up to 3 degrees of freedom around up to 3 axes. The base in the illustrated embodiment also includes wired and/or wireless interfaces for communicating signal condition circuits, processes, memory (to store data and program instructions) and power, as well as control signals generated by the controller system. can do. 1 is a non-limiting example of such a component.
따라서, 사용자가 한손을 사용하여 6 개의 독립적인 자유도들로 회전 및 병진 명령을 제공할 수 있게 하는 제어기를 포함하는 시스템 및 방법이 설명되었다. 시스템 및 방법은 광범위한 제어 시나리오에서 이용될 수 있다. 다수의 제어 시나리오가 후술되지만, 이러한 예는 제한적인 것으로 의도되지 않으며, 당업자는 모든 6 자유도들에 대한 모든 제어 출력보다 적은 수가 요구되는 경우에도, 많은 제어 시나리오가 한손을 사용하여 회전 및 병진 이동을 제공할 수 있다는 이점을 인식할 것이다. Accordingly, a system and method has been described that includes a controller that allows a user to provide rotation and translation commands with six independent degrees of freedom using one hand. Systems and methods can be used in a wide variety of control scenarios. Although multiple control scenarios are described below, this example is not intended to be limiting, and many control scenarios use one hand to rotate and translate movements even if fewer than all control outputs are required for all six degrees of freedom. You will recognize the benefits of being able to provide.
일 실시예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 광범위한 의료 적용에 이용될 수 있다. 다수의 의료 적용이 후술되지만, 이러한 예는 제한적인 것으로 의도되지 않으며, 당업자는 많은 다른 의료 적용이 한손을 사용하여 회전 및 병진 이동을 제공할 수 있다는 이점을 인식할 것이다. 또한, 이러한 실시예에서, 상술된 제 1 및 제 2 제어 부재를 사용하여 제공되는 회전 및 병진 이동에 더하여, 제어 버튼은 예컨대 엔드 이펙터 캡처, 생검, 봉합, 방사선 촬영, 사진, 및/또는 하나 이상의 당업자에게 공지된 다양한 다른 의료 작업과 같은 작업들에 대해서 구성될 수 있다. In one embodiment, the control systems and methods described above can be used in a wide variety of medical applications. Although a number of medical applications are described below, these examples are not intended to be limiting, and those skilled in the art will appreciate the benefits that many other medical applications can provide for rotation and translational movement using one hand. In addition, in this embodiment, in addition to the rotational and translational movement provided using the first and second control members described above, the control buttons may include, for example, end effector capture, biopsy, suture, radiographing, photography, and/or one or more. It can be configured for tasks such as various other medical tasks known to those skilled in the art.
예컨대, 상술된 제어 시스템 및 방법은 복강경 수술을 수행하기 위한 제어 시스템 및/또는 복강경 수술을 수행하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 복강경 수술은 제어 시스템을 작동시키기 위해 외과의의 양손을 필요로 하는 제어 시스템을 사용하여 수행된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면 잠재적으로 엔드 이펙터로의 직선적이고 단단한 경로없이 하나 이상의 수술 도구의 미세한 손재주 조작을 포함하여 복강경 수술을 수행할 때 몇 가지 이점을 제공한다.For example, the above-described control system and method may provide a control system for performing laparoscopic surgery and/or a method for performing laparoscopic surgery. Conventional laparoscopic surgery is performed using a control system that requires both hands of the surgeon to operate the control system. The use of the control systems and/or methods described above provides several advantages when performing laparoscopic surgery, including fine dexterity manipulation of one or more surgical instruments, potentially without a straight and rigid path to the end effector.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 최소 침습적 또는 자연적 오리피스 수술을 수행하기 위한 제어 시스템 및/또는 최소 침습적 또는 자연적 오리피스 수술을 수행하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 최소 침습적 또는 자연적 오리피스 수술은 제어 시스템을 작동시키기 위해 외과의의 양손을 필요로 하는 제어 시스템을 사용하여 수행된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 잠재적으로 엔드 이펙터로의 직선적이고 단단한 경로없이 하나 이상의 수술 도구의 미세한 손재주 조작을 포함하여 최소 침습적 또는 자연적 오리피스 수술을 수행할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for performing minimally invasive or natural orifice surgery and/or a method for performing minimally invasive or natural orifice surgery. Conventional minimally invasive or natural orifice surgery is performed using a control system that requires both hands of the surgeon to operate the control system. The use of the control systems and/or methods described above provides several advantages when performing minimally invasive or natural orifice surgery, including fine dexterity manipulation of one or more surgical instruments without potentially a straight and rigid path to the end effector. .
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 산전 자궁 내 수술을 수행하기 위한 제어 시스템 및/또는 산전 수술을 수행하는 방법을 제공할 수 있다. 종래의 산전 수술은 매우 엄격한 범위에서 제어 시스템을 작동시키기 위해 외과 의사의 양손이 필요로 하는 제어 시스템을 사용하여 수행된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 잠재적으로 엔드 이펙터로의 직선적이고 단단한 경로없이 하나 이상의 수술 도구의 미세한 손재주 조작을 포함하여, 산전 수술을 수행할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for performing prenatal intrauterine surgery and/or a method for performing prenatal surgery. Conventional prenatal surgery is performed using a control system that requires both hands of the surgeon to operate the control system in a very strict range. The use of the control systems and/or methods described above provides several advantages when performing prenatal surgery, including fine dexterity manipulation of one or more surgical instruments, potentially without a straight and rigid path to the end effector.
임의의 상기 수술 예에 대해, 상술된 제어 시스템 및 방법은 현미경 수술을 수행하기 위한 매우 안정적인 제어 시스템 및/또는 현미경 수술을 수행하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 매우 정확한 카메라 및 엔드 이펙터 포인팅을 포함하여 현미경 수술을 수행할 때 몇 가지 이점을 제공한다.For any of the above surgical examples, the control systems and methods described above can provide highly stable control systems for performing microscopic surgery and/or methods for performing microscopic surgery. Using the control system and/or method described above provides several advantages when performing microscopic surgery, including highly accurate camera and end effector pointing.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 중재적 방사선을 수행하기 위한 제어 시스템 및/또는 중재적 방사선을 수행하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 중재적 방사선은 제어 시스템을 작동시키기 위해 외과의의 양손을 필요로 하는 제어 시스템을 사용하여 수행된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 중재적 방사선을 통한 매우 정확한 탐색을 포함하여 중재적 방사선을 수행할 때 몇 가지 이점을 제공한다. 다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 중재적 심장학을 수행하기 위한 제어 시스템 및/또는 중재적 심장학을 수행하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 중재적 심장학은 제어 시스템을 작동시키기 위해 중재 전문가의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 수행된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 한손으로 혈관 트리(vascular tree)를 통한 매우 정확한 탐색을 포함하여 중재적 심장학을 수행할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for performing interventional radiation and/or a method for performing interventional radiation. Conventional interventional radiation is performed using a control system that requires both hands of the surgeon to operate the control system. The use of the control systems and/or methods described above provides several advantages when performing interventional radiation, including highly accurate navigation through interventional radiation. In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for performing interventional cardiology and/or a method for performing interventional cardiology. Conventional interventional cardiology is performed using a control system that requires both hands of the intervention expert to operate the control system. The use of the control systems and/or methods described above provides several advantages when performing interventional cardiology, including highly accurate navigation through a vascular tree with one hand.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 한센/다 빈치(Hansen/Da Vinci) 로봇 제어를 포함하는 제어 시스템 및/또는 한센/다 빈치 로봇 제어를 수행하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 한센/다빈치 로봇 제어는 제어 시스템을 작동시키기 위해 외과의의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 수행된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면 더 긴 작동을 위한 엔드 이펙터를 흔들지 않고 유체, 연속 병진 및 재배향을 포함하여 한센/다 빈치 로봇 제어를 수행할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control system and method described above can provide a control system including Hansen/Da Vinci robot control and/or a method for performing Hansen/Da Vinci robot control. Conventional Hansen/Da Vinci robot control is performed using a control system that requires both hands of the surgeon to operate the control system. The use of the control system and/or method described above provides several advantages when performing Hansen/Da Vinci robot control, including fluid, continuous translation, and reorientation without shaking the end effector for longer operation.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 3D 또는 4D 이미지 안내를 수행하기 위한 제어 시스템 및/또는 3D 또는 4D 이미지 안내를 수행하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 3D 또는 4D 이미지 안내는 제어 시스템을 작동시키기 위해 외과의의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 수행된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 더 긴 작동을 위해 엔드 이펙터를 흔들지 않고 유체, 연속 병진 및 재배향을 포함하여 3D 또는 4D 이미지 안내를 수행할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for performing 3D or 4D image guidance and/or a method for performing 3D or 4D image guidance. Conventional 3D or 4D image guidance is performed using a control system that requires both hands of the surgeon to operate the control system. Using the control system and/or method described above provides several advantages when performing 3D or 4D image guidance, including fluid, continuous translation and reorientation without shaking the end effector for longer operation.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 내시경 검사를 수행하기 위한 제어 시스템 및/또는 내시경 검사를 수행하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 내시경 검사는 제어 시스템을 작동시키기 위해 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 수행된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 더 긴 작동을 위해 엔드 이펙터를 흔들지 않고 유체, 연속 병진 및 재배향을 포함하여 내시경 검사를 수행할 때 몇 가지 이점을 제공한다. 이것은 대장 내시경 검사, 방광경 검사, 기관지 내시경 검사 및 기타 유연한 검사 범위에도 적용된다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system and/or a method for performing endoscopic inspection to perform endoscopic examination. Conventional endoscopy is performed using a control system that requires both hands to operate the control system. The use of the control systems and/or methods described above provides several advantages when performing endoscopy including fluid, continuous translation and reorientation without shaking the end effector for longer operation. This also applies to colonoscopy, cystoscopy, bronchoscopy, and other flexible examination ranges.
일 실시예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 광범위한 방어 또는 군사 적용에 이용될 수 있다. 다수의 방어 또는 군사 적용이 후술되지만, 이들 예는 제한적인 것으로 의도되지 않으며, 당업자는 많은 다른 방어 또는 군사 적용이 한손을 사용하여 회전 및 병진 이동을 제공할 수 있다는 이점을 인식할 것이다. In one embodiment, the control systems and methods described above can be used in a wide variety of defensive or military applications. Although a number of defensive or military applications are described below, these examples are not intended to be limiting, and those skilled in the art will recognize the advantage that many other defensive or military applications can provide rotational and translational movement using one hand.
예컨대, 상술된 제어 시스템 및 방법은 무인 공중 시스템을 위한 제어 시스템 및/또는 무인 공중 시스템을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 무인 공중 시스템은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 영공 내에서 정확하고 직관적이며 한손으로, 비교차 결합된 모션을 포함하여 무인 공중 시스템을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.For example, the control systems and methods described above can provide a control system for an unmanned aerial system and/or a method for controlling an unmanned aerial system. Conventional unmanned aerial systems are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. Using the control system and/or method described above provides several advantages when controlling an unmanned aerial system, including accurate, intuitive, one-handed, non-combined motion in the airspace.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 무인 수중 시스템을 위한 제어 시스템 및/또는 무인 수중 시스템을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 무인 수중 시스템은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 잠수정 영공 내에서 정확하고 직관적이며 한손으로, 비교차 결합된 모션을 포함하여 무인 잠수정 시스템을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for an unmanned underwater system and/or a method for controlling an unmanned underwater system. Conventional unmanned underwater systems are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. The use of the control system and/or method described above provides several advantages when controlling an unmanned submersible system, including accurate, intuitive, one-handed, non-combined motion in a submersible airspace.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 무기 조준 시스템을 위한 제어 시스템 및/또는 무기 조준 시스템을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 무기 조준 시스템은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 정확하고 직관적인 한손으로 조준하는 것을 포함하여 무기 조준 시스템을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for a weapon aiming system and/or a method for controlling a weapon aiming system. Conventional weapon aiming systems are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. Using the control system and/or method described above provides several advantages when controlling the weapon aiming system, including aiming accurately and intuitively with one hand.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 즉시 폭발 장치(counter-improvised-explosive-device;IED) 시스템을 위한 제어 시스템 및/또는 즉시 폭발 장치 시스템을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 즉시 폭발 장치 시스템은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 정확하고 직관적인 한손으로 가리키는 포인팅 또는 타겟팅을 포함하여 즉시 폭발 장치 시스템을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for a counter-improvised-explosive-device (IED) system and/or a method for controlling an immediate explosion device system. Conventional instant explosive device systems are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. Using the control system and/or method described above provides several advantages when controlling an explosive device system immediately, including accurate and intuitive one-handed pointing or targeting.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 무거운 기계화 차량을 위한 제어 시스템 및/또는 무거운 기계화 차량을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 무거운 대형 기계화 차량은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 정확하고 직관적인 한손으로 조준하는 것을 포함하여 무거운 기계화 차량을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide control systems for heavy mechanized vehicles and/or methods for controlling heavy mechanized vehicles. Conventional heavy heavy-duty mechanized vehicles are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. Using the control system and/or method described above provides several advantages when controlling heavy mechanized vehicles, including aiming with accurate and intuitive one hand.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 파일럿 항공기(예: 회전식 날개 항공기)를 위한 제어 시스템 및/또는 파일럿 항공기를 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 파일럿 항공기는 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면 파일럿 항공기의 영공 내에서 정확하고 직관적이며 한손으로, 비교차 결합된 모션을 포함하여 파일럿 항공기를 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control system and method described above can provide a control system for a pilot aircraft (eg, a rotary wing aircraft) and/or a method for controlling a pilot aircraft. Conventional pilot aircraft are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. The use of the control system and/or method described above provides several advantages when controlling a pilot aircraft, including accurate, intuitive, one-handed, non-combined motion within a pilot aircraft's airspace.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 우주선 랑데부(spacecraft rendezvous) 및 도킹을 위한 제어 시스템 및/또는 우주선 랑데부 및 도킹을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 우주선 랑데부 및 도킹은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손이 필요한 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 우주선 랑데부 및 도킹을 위한 영공 내에서 정확하고 직관적이며 한손으로, 비교차 결합된 모션을 포함하여 우주선 및 도킹을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for spacecraft rendezvous and docking and/or a method for controlling spacecraft rendezvous and docking. Conventional spaceship rendezvous and docking are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. The use of the control systems and/or methods described above provides several advantages when controlling spacecraft and docking, including single-handed, non-combined, combined motion within the airspace for spaceship rendezvous and docking.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 공대공 급유(air-to-air refueling)를 위한 제어 시스템(예: 붐 제어) 및/또는 공대공 급유를 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 공대공 급유는 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면 급유를 위한 영공 내에서 정확하고 직관적이며 한손으로, 비교차 결합된 모션을 포함하여 공대공 급유를 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for air-to-air refueling (eg, boom control) and/or a method for controlling air-to-air refueling. Conventional air-to-air refueling is controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. The use of the control system and/or method described above provides several advantages when controlling air-to-air refueling, including accurate, intuitive, one-handed, non-combined motion in the airspace for refueling.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 가상 환경에서의 탐색을 위한 제어 시스템(예: 운영 및 시뮬레이션된 전쟁) 및/또는 가상 환경에서의 탐색을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 가상 환경에서의 종래의 탐색은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손이 필요한 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면 가상 환경 내에서 정확하고 직관적이며 한손으로, 비교차 결합된 모션을 포함하여 가상 환경에서 탐색을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for exploration in a virtual environment (eg, operational and simulated war) and/or a method for controlling exploration in a virtual environment. Conventional searching in a virtual environment is controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. The use of the control systems and/or methods described above provides several advantages when controlling navigation in a virtual environment including accurate, intuitive, one-handed, non-comparative combined motion within the virtual environment.
일 실시예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 광범위한 산업 적용에 이용될 수 있다. 다수의 산업 적용이 후술되지만, 이러한 예는 제한적인 것으로 의도되지 않으며, 당업자는 많은 다른 산업 적용이 한손을 사용하여 회전 및 병진 이동을 제공할 수 있다는 이점을 인식할 것이다.In one embodiment, the control systems and methods described above can be used in a wide variety of industrial applications. Although many industrial applications are described below, these examples are not intended to be limiting, and those skilled in the art will appreciate the benefits that many other industrial applications can provide for rotation and translational movement using one hand.
예컨대, 상술된 제어 시스템 및 방법은 오일 탐사 시스템(예: 드릴, 3D 시각화 도구 등)을 위한 제어 시스템 및/또는 오일 탐사 시스템을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 오일 탐사 시스템은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 형성부 내에서 정확하고 직관적이며 한손으로, 비교차 결합된 모션을 포함하여 오일 탐사 시스템을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.For example, the control systems and methods described above can provide control systems for oil exploration systems (eg, drills, 3D visualization tools, etc.) and/or methods for controlling oil exploration systems. Conventional oil exploration systems are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. Using the control system and/or method described above provides several advantages when controlling the oil exploration system, including accurate, intuitive, one-handed, non-combined motion within the formation.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 오버 헤드 크레인을 위한 제어 시스템 및/또는 오버 헤드 크레인을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 오버 헤드 크레인은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손이 필요한 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 공정 속도를 높이고 정확도를 증가시킴으로써 단축 이동이 종종 제한되는 오버 헤드 크레인을 제어할 때 이점을 제공한다.In another example, the control system and method described above can provide a control system for an overhead crane and/or a method for controlling an overhead crane. Conventional overhead cranes are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. The use of the control systems and/or methods described above provides advantages in controlling overhead cranes, where uniaxial movement is often limited by increasing process speed and increasing accuracy.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 체리 피커(cherry picker) 또는 다른 모바일 산업 리프트를 위한 제어 시스템 및/또는 체리 피커 또는 다른 모바일 산업 리프트를 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 체리 피커 또는 기타 이동식 산업용 리프트는 종종 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손이 필요한 제어 시스템을 사용하여 제어되며 종종 한번에 한 방향으로만 병진(즉, x, y 및/또는 z 모션)을 허용한다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 한손 제어기를 통한 동시 다축 모션을 포함하여 체리 피커 또는 기타 모바일 산업용 리프트를 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다. In another example, the control system and method described above can provide a control system for a cherry picker or other mobile industrial lift and/or a method for controlling a cherry picker or other mobile industrial lift. Conventional cherry pickers or other mobile industrial lifts are often controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system and often allow translation in only one direction at a time (ie, x, y and/or z motion). do. Using the control system and/or method described above provides several advantages when controlling a cherry picker or other mobile industrial lift, including simultaneous multi-axis motion via a one-handed controller.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 소방 시스템(예: 물 대포, 사다리 트럭 등)을 위한 제어 시스템 및/또는 소방 시스템을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 소방 시스템은 종종 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 필요로 하는 제어 시스템을 사용하여 제어되며, 일반적으로 다축 재배 향 및 병진을 허용하지 않는다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 한손 제어기를 통한 동시 다축 모션을 포함하여 소방 시스템을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for a fire fighting system (eg, water cannon, ladder truck, etc.) and/or a method for controlling the fire fighting system. Conventional fire fighting systems are often controlled using control systems that require both hands of the operator to operate the control system, and generally do not tolerate multi-axis redirection and translation. Using the control system and/or method described above provides several advantages when controlling a fire fighting system, including simultaneous multi-axis motion through a one-handed controller.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 핵 물질 취급(예: 글로브 박스, 코어 내의 연료봉 등)을 위한 제어 시스템 및/또는 핵 물질 취급을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 핵 물질 취급 시스템은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 민감한 물질을 사용한 매우 정확한, 유체, 한손, 다축 작동을 포함하여 핵 물질 취급을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for handling nuclear material (eg, glove boxes, fuel rods in a core, etc.) and/or a method for controlling nuclear material handling. Conventional nuclear material handling systems are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. The use of the control systems and/or methods described above provides several advantages when controlling nuclear material handling, including highly accurate, fluid, one-handed, multi-axis operation using sensitive materials.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 철강 제조 및 다른 고온 공정을 위한 제어 시스템 및/또는 철강 제조 및 다른 고온 공정을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 철강 제조 및 기타 고온 공정은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손이 필요한 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 민감한 재료를 사용한 매우 정확한, 유체, 한손, 다축 작동을 포함하여 철강 제조 및 기타 고온 공정을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide control systems for steel fabrication and other high temperature processes and/or methods for controlling steel fabrication and other high temperature processes. Conventional steel fabrication and other high temperature processes are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. Using the control systems and/or methods described above provides several advantages when controlling steel fabrication and other high temperature processes, including highly accurate, fluid, one-handed, multi-axis operation with sensitive materials.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 폭발물 취급을 위한 제어 시스템(예: 채광 적용에서) 및/또는 폭발물 취급을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 폭발물 취급은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 민감한 재료를 사용한 매우 정확한, 유체, 한손, 다축 작동을 포함하여 폭발물 취급을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for handling explosives (eg, in a mining application) and/or a method for controlling explosive handling. Conventional explosive handling is controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. Using the control systems and/or methods described above provides several advantages when controlling explosive handling, including highly accurate, fluid, one-handed, multi-axis operation using sensitive materials.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 폐기물 관리 시스템을 위한 제어 시스템 및/또는 폐기물 관리 시스템을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 폐기물 관리 시스템은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면 민감한 재료를 사용한 매우 정확한, 유체, 한손, 다축 작동을 포함하여 폐기물 관리 시스템을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for a waste management system and/or a method for controlling a waste management system. Conventional waste management systems are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. Using the control systems and/or methods described above provides several advantages when controlling waste management systems, including highly accurate, fluid, one-handed, multi-axis operation using sensitive materials.
일 실시예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 광범위한 소비자 적용에서 이용될 수 있다. 다수의 소비자 적용이 후술되지만, 이러한 예는 제한적인 것으로 의도되지 않으며, 당업자는 많은 다른 소비자 적용이 한손을 사용하여 회전 및 병진 이동을 제공할 수 있다는 이점을 인식할 것이다.In one embodiment, the control systems and methods described above can be used in a wide variety of consumer applications. Although a number of consumer applications are described below, these examples are not intended to be limiting, and those skilled in the art will appreciate the benefits that many other consumer applications can provide for rotation and translational movement using one hand.
예컨대, 상술된 제어 시스템 및 방법은 소비자 전자 디바이스 예컨대 Nintendo Wii®(미국 워싱톤 레드몬드 소재의 아메리카 인코포레이티드의 니텐도), Nintendo DS®, Microsoft Xbox®(미국 워싱턴 레드몬드 소재의 마이크로소프트 코포레이션), Sony PlayStation®(일본 도쿄 소재의 소니 컴퓨터 엔터테인먼트 인코포레이티드) 및 하나 이상의 당업자에게 공지된 다른 비디오 콘솔 및/또는 소비자 전자 디바이스를 제어하기 위한 제어 시스템을 제공할 수 있다. 종래의 소비자 전자 디바이스는 제어 시스템(예: 손 제어기 및 키보드, 하나의 제어기 상의 양손, Wii® "nunchuck" z-파지 I/O 디바이스 등)을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 직관적 한 손 제어기를 경유하여 유동도, 정확도 및 속도로 가상 공간을 통해 정확하게 탐색할 수 있는 기능을 포함하여 소비자 전자 디바이스를 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.For example, the control systems and methods described above include consumer electronic devices such as Nintendo Wii ® (Nintendo, America Inc. of Redmond, Washington), Nintendo DS ® , Microsoft Xbox ® (Microsoft Corporation, Redmond, Washington, USA), it is possible to provide a control system for controlling the Sony PlayStation ® (Sony computer Entertainment Japan, Inc., Tokyo,) and one skilled in the art that other video console and / or known to the consumer electronic device. Conventional consumer electronic devices use a control system that requires both hands of the operator to operate the control system (eg, hand controller and keyboard, both hands on one controller, Wii ® "nunchuck" z-phage I/O device, etc.) Is controlled. Using the control systems and/or methods described above provides several advantages when controlling consumer electronic devices, including the ability to accurately navigate through virtual spaces with fluidity, accuracy and speed via an intuitive hand controller. to provide.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 3D 컴퓨터 탐색을 위한 제어 시스템 및/또는 3D 컴퓨터 탐색을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 3D 컴퓨터 탐색은 조작자가 제어 시스템을 작동시키기 위해 양손을 필요로 하거나 또는 공간을 통한 유체 다축 이동을 허용하지 않는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 매우 정확한, 유체, 한손 다축 작동을 포함하여 3D 컴퓨터 탐색을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for 3D computer search and/or a method for controlling 3D computer search. Conventional 3D computer navigation is controlled using a control system where the operator needs both hands to operate the control system or does not allow fluid multi-axis movement through space. Using the control system and/or method described above provides several advantages when controlling 3D computer navigation, including highly accurate, fluid, one-handed multi-axis operation.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 무선 제어 차량을 위한 제어 시스템 및/또는 무선 제어 차량을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 무선 제어 차량은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손을 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면, 무선 제어 차량의 영공 내에서 정확하고 직관적이며 한손으로, 비교차 결합된 모션을 포함하여 무선 제어 차량을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control system and method described above can provide a control system for a radio control vehicle and/or a method for controlling a radio control vehicle. Conventional radio controlled vehicles are controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system. The use of the control system and/or method described above provides several advantages when controlling a radio controlled vehicle, including one-handed, non-combined vehicle combined motion, in an accurate, intuitive and one-handed airspace within the radio-controlled vehicle.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 3D CAD(Computer Aided Design) 이미지 조작을 위한 제어 시스템 및/또는 3D CAD 이미지 조작을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 3D CAD 이미지 조작은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손이 필요하거나 또는 3D 공간을 통한 유체 다축 이동을 허용하지 않는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면 3D 영공 내에서 정확하고 직관적이며 한손으로, 비교차 결합된 모션을 포함하여 3D CAD 이미지 조작을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control system and method described above may provide a control system for manipulating 3D CAD (Computer Aided Design) images and/or a method for controlling 3D CAD image manipulation. Conventional 3D CAD image manipulation is controlled using a control system that requires both hands of the operator to operate the control system or does not allow fluid multi-axis movement through the 3D space. The use of the control system and/or method described above provides several advantages when controlling 3D CAD image manipulation, including single-handed, non-combined motion combined within 3D airspace.
다른 예에서, 상술된 제어 시스템 및 방법은 일반 항공을 위한 제어 시스템 및/또는 일반 항공을 제어하기 위한 방법을 제공할 수 있다. 종래의 일반 항공은 제어 시스템을 작동시키기 위해 조작자의 양손과 발 모두를 요구하는 제어 시스템을 사용하여 제어된다. 상술된 제어 시스템 및/또는 방법을 사용하면 일반 항공을 위한 영공 내에서 정확하고 직관적이며 한손으로, 비교차 결합된 모션을 포함하여 일반 항공을 제어할 때 몇 가지 이점을 제공한다.In another example, the control systems and methods described above can provide a control system for general aviation and/or a method for controlling general aviation. Conventional general aviation is controlled using a control system that requires both hands and feet of the operator to operate the control system. The use of the control systems and/or methods described above provides several advantages when controlling general aviation, including single-handed, non-combined combined motion within the airspace for general aviation.
본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 상기 변형이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 특정 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상 또는 교시를 벗어나지 않고 당업자에 의해 수정이 이루어질 수 있다. 설명된 바와 같은 실시예는 단지 예시적인 것이며 제한적인 것은 아니다. 많은 변형 및 수정이 가능하며 본 발명의 범위 내에 있다. 또한, 예시적인 실시예들의 하나 이상의 요소들은 생략되거나, 다른 예시적인 실시예들 중 하나 이상의 요소와 조합되거나, 전체적으로 또는 부분적으로 대체될 수 있다. 따라서, 보호 범위는 설명된 실시예들로 제한되지 않고, 다음의 청구범위에 의해서만 제한되며, 그 범위는 청구범위의 주제의 모든 동등물을 포함할 것이다. It is understood that the above modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Although certain embodiments have been shown and described, modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit or teachings of the invention. The embodiments as described are merely illustrative and not restrictive. Many variations and modifications are possible and are within the scope of the present invention. Also, one or more elements of exemplary embodiments may be omitted, combined with one or more elements of other exemplary embodiments, or replaced entirely or in part. Accordingly, the scope of protection is not limited to the described embodiments, but is limited only by the following claims, which will include all equivalents of the subject matter of the claims.
Claims (49)
사용자의 손에 의해 파지되도록 성형되는 제 1 제어 부재로서, 미리 결정된 기준 프레임에 대해 적어도 2의 자유도들로 사용자에 의해 변위되도록 구성되는, 상기 제 1 제어 부재;
적어도 2의 자유도들 각각으로 상기 제 1 제어 부재의 변위를 측정하기 위한 제 1 센서;
2 이상의 자유도들로 상기 제 1 제어 부재에 대한 변위를 위해 상기 제 1 제어 부재에 장착되는 제 2 제어 부재로서, 상기 제 1 제어 부재를 파지하면서 사용자 손의 엄지 또는 검지 손가락에 의해 상기 제 2 제어 부재의 2 이상의 자유도들 중 적어도 하나의 자유도로 변위를 허용하는 위치에서 상기 제 1 제어 부재 상에 위치하는 상기 제 2 제어 부재;
상기 제 1 제어 부재에 대한 2 이상의 자유도들 각각으로 상기 제 2 제어 부재의 변위를 측정하기 위한 제 2 센서; 및
사용자의 손이 상기 제 1 제어 부재를 파지하는 동안, 상기 제 2 제어 부재의 변위에 사용되지 않는 사용자 손의 임의의 하나 이상의 손가락에 의한 변위를 위해 상기 제 1 제어 부재 상에 장착되는 제 3 제어 부재로서, 상기 제 3 제어 부재는 눌려질 때 상기 제 2 제어 부재를 변위시키기 위해 상기 제 2 제어 부재와 결합되는, 상기 제 3 제어 부재를 포함하는, 제어기.A controller for generating control inputs for at least 4 degrees of freedom,
A first control member shaped to be gripped by a user's hand, the first control member configured to be displaced by the user with at least two degrees of freedom relative to a predetermined reference frame;
A first sensor for measuring displacement of the first control member with each of at least two degrees of freedom;
A second control member mounted on the first control member for displacement with respect to the first control member with two or more degrees of freedom, the second control by a thumb or index finger of a user hand while gripping the first control member The second control member positioned on the first control member at a position allowing displacement with at least one of two or more degrees of freedom of the member;
A second sensor for measuring the displacement of the second control member at each of two or more degrees of freedom for the first control member; And
A third control mounted on the first control member for displacement by any one or more fingers of the user hand that is not used for displacement of the second control member while the user's hand grips the first control member As a member, the third control member includes the third control member, the third control member being engaged with the second control member to displace the second control member when depressed.
상기 제 3 제어 부재는 파지부(grip) 상에 형성된 패들을 포함하는, 제어기.According to claim 1,
The third control member includes a paddle formed on a grip.
상기 제 2 제어 부재는 갠트리(gantry)를 포함하는, 제어기.The method of claim 1 or 2,
The second control member comprises a gantry.
상기 제 2 제어 부재는 사용자의 엄지 또는 검지 손가락에 의한 회전을 위해 상기 제어기 상에 회전하도록 장착된 볼을 포함하고, 상기 제 2 센서는 상기 볼의 중심을 통해 연장되는 2 축들 둘레의 볼의 회전을 추가로 측정하는, 제어기.The method of claim 1 or 2,
The second control member includes a ball mounted to rotate on the controller for rotation by a user's thumb or index finger, and the second sensor rotates the ball around two axes extending through the center of the ball A controller that further measures.
변위를 측정하기 위한 상기 제 1 및 제 2 센서 각각은 각도 또는 선형 변위를 측정하기 위한 하나 이상의 검출기를 포함하는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 4,
Each of the first and second sensors for measuring displacement includes one or more detectors for measuring angular or linear displacement.
상기 제 1 제어 부재는 짐벌과 결합되고, 변위를 측정하기 위한 상기 제 1 센서는 적어도 2 축들 둘레의 상기 짐벌의 각도 변위를 측정하도록 배열된 하나 이상의 홀 효과 검출기를 포함하는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 5,
The first control member is coupled to a gimbal, and the first sensor for measuring displacement comprises one or more Hall effect detectors arranged to measure the angular displacement of the gimbal around at least two axes.
변위를 측정하기 위한 상기 제 1 및 제 2 센서 각각은 하나 이상의 검출기로 각각 구성되며, 본질적으로 관성 측정 유닛들, 가속도계들, 광학 인코더들, 자이로스코프(gyroscope)들, 광 검출기들, 회전식 전위차계들, 선형 전위차계들, 유도 결합 코일들, 물리적 액추에이터들, 자이로스코프들, 스위치들, 로드 셀들, 전자 기계 센서들 및 트랜스듀서들로 이루어지는 그룹으로부터 각각 선택되는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 6,
Each of the first and second sensors for measuring displacement is each comprised of one or more detectors, essentially inertial measurement units, accelerometers, optical encoders, gyroscopes, photo detectors, rotary potentiometers , A linear potentiometer, inductively coupled coils, physical actuators, gyroscopes, switches, load cells, electromechanical sensors and transducers, each selected from the group consisting of transducers.
상기 제 1 제어 부재의 변위를 측정하기 위한 상기 제 1 센서는 3 개의 회전축들 각각에 대한 상기 제 1 제어 부재의 변위를 측정하는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 7,
And the first sensor for measuring the displacement of the first control member measures the displacement of the first control member with respect to each of the three rotation axes.
상기 제 2 제어 부재는 상기 적어도 2의 자유도들 각각으로 병진되고, 상기 제 2 제어 부재의 변위를 측정하기 위한 상기 제 2 센서는 적어도 2 개의 병진축들 각각을 따라 상기 제 2 제어 부재의 변위를 측정하는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 8,
The second control member is translated into each of the at least two degrees of freedom, and the second sensor for measuring the displacement of the second control member changes the displacement of the second control member along each of the at least two translation axes. Measuring, controller.
상기 제 2 센서는 상기 제 1 제어 부재에 대한 3 개의 병진축들을 따르는 상기 제 2 제어 부재의 병진을 측정하는, 제어기.The method of claim 9,
And the second sensor measures translation of the second control member along three translation axes relative to the first control member.
상기 제 2 제어 부재는 엄지에 의한 조작을 위해 상기 제 1 제어 부재의 상단에 배치되는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 10,
The second control member is disposed on top of the first control member for manipulation by the thumb.
상기 제어기는 안정성을 제공하기 위해 상기 제 1 제어 부재에 장착된 검지 루프를 추가로 포함하는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 11,
The controller further comprises a detection loop mounted on the first control member to provide stability.
상기 제 1 제어 부재는 베이스에 대한 각도 변위를 위해 상기 베이스에 결합되는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 12,
The first control member is coupled to the base for angular displacement relative to the base.
상기 제 1 제어 부재를 상기 베이스에 제거 가능하게 결합시키기 위한 커넥터를 추가로 포함하고, 연결은 상기 제 1 제어 부재와 상기 베이스 사이에 전기 신호를 전송하기 위한 전자 커넥터들을 포함하는, 제어기.The method of claim 13,
And further comprising a connector for removably coupling the first control member to the base, the connection comprising electronic connectors for transmitting electrical signals between the first control member and the base.
상기 제 1 제어 부재에 연결하기 위해 상기 베이스 내에 장착된 짐벌을 추가로 포함하고, 상기 제 1 제어 부재의 변위를 측정하기 위한 상기 제 1 센서는 상기 제 1 제어 부재에 의한 상기 짐벌의 각도 회전을 측정하는, 제어기.The method of claim 13,
Further comprising a gimbal mounted in the base to connect to the first control member, the first sensor for measuring the displacement of the first control member is angular rotation of the gimbal by the first control member Measuring, controller.
상기 제 1 제어 부재는 조이스틱 형태인, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 15,
The first control member is in the form of a joystick, a controller.
상기 제 1 제어 부재는 사용자의 손에 의해 파지되도록 구성되는 부분을 갖는 세장형 형상을 가지며, 상기 제 3 제어 부재는 상기 사용자의 하나 이상의 손가락에 의해 눌려지기 위해 그립 상에 위치되는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 16,
The first control member has an elongate shape with a portion configured to be gripped by a user's hand, the third control member being positioned on a grip to be pressed by one or more fingers of the user.
상기 제 1 센서는 상기 제 1 제어 부재의 변위를 측정하고 상기 제 1 제어 부재의 적어도 2의 자유도들 각각과 독립적으로 상기 제 1 제어 부재의 각 자유도의 변위를 나타내는 신호를 발생시키고;
상기 제 2 센서는 상기 제 2 제어 부재의 변위를 측정하고 상기 제 2 제어 부재의 적어도 2의 자유도들 각각으로 상기 제 2 제어 부재의 각 변위를 나타내는 신호를 발생시키는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 17,
The first sensor measures the displacement of the first control member and generates a signal indicative of the displacement of each degree of freedom of the first control member independently of each of the at least two degrees of freedom of the first control member;
And the second sensor measures displacement of the second control member and generates a signal indicative of each displacement of the second control member at each of at least two degrees of freedom of the second control member.
상기 제 2 제어 부재는 엄지 루프를 포함하는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 18,
The second control member comprises a thumb loop.
상기 제어기는 적어도 4의 이동 자유도들을 갖는 타겟을 제어하고, 상기 제 1 및 제 2 센서의 변위량을 나타내는 상기 제 1 및 제 2 센서 신호들로부터 수신하고 상기 타겟의 적어도 4의 이동 자유도들 각각에 대응하여 상기 타겟으로 전송하기 위한 제어 입력들을 발생시키기 위한 프로세서를 추가로 포함하는, 제어기.The method according to any one of claims 1 to 19,
The controller controls a target having at least 4 movement degrees of freedom, receives from the first and second sensor signals indicating the displacement amount of the first and second sensors and corresponds to each of at least four movement degrees of freedom of the target And further comprising a processor for generating control inputs for transmission to the target.
사용자의 손에 의해 파지되도록 성형되고 상기 4의 자유도들 중 적어도 2의 자유도들로 공지된 기준 프레임과 관련하여 변위 가능한 제 1 제어 부재;
상기 제 1 제어 부재를 파지하면서 사용자의 손의 손가락에 의해 상기 4의 자유도들 중 하나 이상의 자유도로 상기 제 1 제어 부재에 대한 변위 위치에서 상기 제 1 제어 부재에 장착되는 제 2 제어 부재로서, 상기 손가락은 상기 사용자의 엄지 또는 검지 손가락이고 상기 하나 이상의 자유도 중 하나의 자유도로의 상기 제 2 제어 부재의 변위는 상기 손가락의 굴곡 및 연장을 요구하는, 상기 제 2 제어 부재;
상기 사용자의 손이 상기 제 1 제어 부재를 파지하는 동안, 상기 제 2 제어 부재의 변위를 위해 사용되지 않는 상기 사용자의 손의 임의의 하나 이상의 손가락에 의한 변위를 위해 상기 제 1 제어 부재에 장착되는 제 3 제어 부재로서, 상기 하나 이상의 자유도 중 하나의 자유도로 상기 제 2 제어 부재를 변위시키기 위해 상기 제 2 제어 부재와 결합되는, 상기 제 3 제어 부재;
상기 적어도 4의 자유도들 각각으로 상기 제 1 및 제 2 제어 부재의 변위량을 상기 적어도 4의 자유도들 중 다른 자유도와는 독립적으로 측정하기 위한 센서; 및
상기 센서들로부터 상기 적어도 4의 자유도들 각각으로 상기 제 1 및 제 2 제어 부재의 측정된 변위량들의 표시들을 수신하고 적어도 상기 타겟에 대한 제어 입력들을 발생시키기 위한 적어도 하나의 프로세서로서, 각각의 제어 입력은 상기 적어도 4 자유도들 중 하나의 자유도에 대응하는, 상기 적어도 하나의 프로세서를 포함하는, 제어기.A controller displaceable with at least 4 degrees of freedom to generate control inputs for controlling a target having at least 4 degrees of freedom,
A first control member shaped to be gripped by a user's hand and displaceable with respect to a reference frame known as at least two of the four degrees of freedom;
A second control member mounted to the first control member at a displacement position relative to the first control member with one or more of the four degrees of freedom by a finger of the user's hand while gripping the first control member, wherein The second control member, wherein a finger is the thumb or index finger of the user and the displacement of the second control member to one of the one or more degrees of freedom requires bending and extending of the finger;
While the user's hand grips the first control member, it is mounted to the first control member for displacement by any one or more fingers of the user's hand that is not used for displacement of the second control member. A third control member, the third control member being coupled with the second control member to displace the second control member with one of the one or more degrees of freedom;
A sensor for measuring a displacement amount of the first and second control members with each of the at least 4 degrees of freedom independently of other degrees of freedom among the at least 4 degrees of freedom; And
At least one processor for receiving indications of the measured displacement amounts of the first and second control members at each of the at least 4 degrees of freedom from the sensors and at least generating control inputs to the target, each control input A controller comprising the at least one processor, corresponding to one of the at least four degrees of freedom.
상기 제 2 제어 부재는 상기 적어도 4의 자유도들 중 2 이상의 자유도로 상기 사용자의 손가락에 의해 변위 가능한, 제어기.The method of claim 21,
And the second control member is displaceable by the user's finger with two or more of the at least four degrees of freedom.
상기 제 1 제어 부재의 2 이상의 자유도들은 적어도 2 개의 회전축들 둘레의 상기 제 1 제어 부재의 회전 변위를 포함하고, 상기 제 2 제어 부재의 하나 이상의 자유도 각각은 상기 제 1 제어 부재에 대해 고정된 상기 기준 프레임에 대한 상기 제 2 제어 부재의 병진 이동을 포함하는, 제어기.The method of claim 21 or 22,
The two or more degrees of freedom of the first control member include a rotational displacement of the first control member around at least two axes of rotation, each of the one or more degrees of freedom of the second control member being fixed relative to the first control member And translational movement of the second control member relative to the reference frame.
상기 제 1 제어 부재는 조이스틱을 포함하고, 상기 제 2 제어 부재는 상기 조이스틱의 상부 단부에 장착되는, 제어기.The method according to any one of claims 21 to 23,
The first control member includes a joystick, and the second control member is mounted to an upper end of the joystick.
상기 제 1 제어 부재의 상단부로부터 연장되는 시각적 디스플레이를 추가로 포함하는, 제어기.The method according to any one of claims 21 to 24,
And further comprising a visual display extending from an upper end of the first control member.
3의 자유도들로 이동 가능하고 이에 응답하여 3 개의 독립적인 제어 입력들의 제 1 세트를 제공하되, 사용자의 한손으로 파지하기 위한 세장형 형상을 갖는. 제 1 제어 부재; 및
적어도 2의 독립적인 자유도들로 이동 가능하고, 이에 응답하여 적어도 2 개의 독립적인 제어 입력들의 제 2 세트를 제공하는, 상기 제 1 제어 부재의 파지 부분으로부터 연장되는 제 2 제어 부재로서, 상기 2 개의 독립적인 제어 입력들의 제 2 세트 중 하나는 제 1 병진축을 따른 상기 제 2 제어 부재의 병진 이동에 대응하며, 상기 제 2 세트의 제어 입력들은 상기 제 1 세트의 제어 입력들과 독립적인, 상기 제 2 제어 부재; 및
상기 제 1 및 제 2 제어 부재에 대한 상기 사용자의 검지 손가락의 위치를 고정시키기 위한 검지 손가락 루프를 포함하는, 제어기.As a controller,
It is movable with three degrees of freedom and in response provides a first set of three independent control inputs, having an elongated shape for gripping with one hand of the user. A first control member; And
A second control member extending from the gripping portion of the first control member, movable in at least two independent degrees of freedom, in response to providing a second set of at least two independent control inputs, the two One of the second set of independent control inputs corresponds to the translational movement of the second control member along a first translation axis, the second set of control inputs being independent of the first set of control inputs, 2 control member; And
And an index finger loop for fixing the position of the index finger of the user with respect to the first and second control members.
사용자의 손 내에서 파지하기 위한 세장형 형상을 구비하되, 3의 독립적인 회전 자유도들로 이동 가능하고 이에 응답하여 3 개의 독립적인 회전 제어 입력들의 세트를 발생시키기 위한 센서를 구비하는, 제 1 제어 부재;
적어도 2의 독립적인 병진 자유도들로 상기 제 1 제어 부재를 파지할 때 상기 사용자 손의 엄지 또는 검지 손가락에 의해 이동하기 위해 상기 제 1 제어 부재 상에 장착되고 이에 응답하여 적어도 2 개의 독립적인 병진 제어 입력들의 제 2 세트를 발생시키기 위한 센서들을 구비하는 제 2 제어 부재로서, 상기 제 2 세트의 제어 입력들은 상기 제 1 세트의 제어 입력들과 독립적인, 상기 제 2 제어 부재; 및
상기 파지 부분에 배치될 때 독립적인 병진 자유도로 상기 사용자의 하나 이상의 손가락에 의해 이동하기 위해 상기 제 1 제어 부재의 파지 부분에 장착되고 이에 대한 응답으로 독립적인 병진 제어 입력을 발생시키기 위한 센서를 구비하는 제 3 제어 부재로서, 상기 제어 입력은 상기 제 1 및 제 2 세트에 대한 상기 제어 입력들과 독립적인, 상기 제 3 제어 부재를 포함하는, 제어기.As a controller,
A first control having an elongate shape for gripping within the user's hand, but with a sensor for moving in three independent rotational degrees of freedom and generating a set of three independent rotational control inputs in response. absence;
Mounted on the first control member for movement by the thumb or index finger of the user hand when gripping the first control member with at least two independent translational degrees of freedom and in response to at least two independent translational controls A second control member having sensors for generating a second set of inputs, wherein the second set of control inputs are independent of the first set of control inputs; And
A sensor for mounting on the gripping portion of the first control member and generating an independent translational control input in response to being moved by one or more fingers of the user with independent translational freedom when placed in the gripping portion Wherein the control input comprises the third control member, independent of the control inputs for the first and second sets.
상기 제 1 제어 부재는 조이스틱을 포함하고, 상기 제 3 제어 부재는 상기 조이스틱 상의 패들을 포함하는, 제어기.The method of claim 31,
The first control member includes a joystick, and the third control member includes a paddle on the joystick.
사용자의 손에 의해 파지되도록 성형된 제어기로서, 사용자에 의해 3의 회전 자유도들로 이동 가능하고, 이에 응답하여 상기 3의 회전 자유도들 각각에 대응하는 3 개의 회전 제어 입력들을 발생시키는 상기 제어기; 및
사용자의 팔에 제거 가능하게 장착되도록 구성되는 프레임으로서, 상기 3의 회전 자유도들로 사용자에 의해 상기 제어기의 변위를 측정하기 위해 상기 제어기와 결합되는 상기 프레임을 포함하는, 제어 시스템.As a control system,
A controller shaped to be gripped by a user's hand, the controller being movable by the user at three rotational degrees of freedom, and in response to generating three rotational control inputs corresponding to each of the three rotational degrees of freedom; And
A frame configured to be removably mounted to a user's arm, the control system comprising the frame coupled with the controller to measure displacement of the controller by the user with the three degrees of freedom of rotation.
상기 제어기를 상기 프레임에 결합시키기 위한 조정 가능한 연동부(linkage)를 추가로 포함하며, 상기 조정 가능한 연동부는 상기 제어기가 회전 변위를 위해 결합되는 상기 프레임에 대해 고정된 위치에 유지되는 단일 피봇 점을 갖는, 제어 시스템.The method of claim 33,
Further comprising an adjustable linkage for coupling the controller to the frame, the adjustable linkage comprises a single pivot point maintained at a fixed position relative to the frame to which the controller is coupled for rotational displacement. Having, control system.
상기 프레임은 둘 이상의 회전 입력들을 갖는 연동부에 의해 상기 제어기와 결합되되, 회전축들이 팔뚝에 대한 사용자에 의한 상기 제어기의 이동을 감지하기 위해 사용자의 손목을 통해 연장되는, 제어 시스템.The method of claim 33 or 34,
The frame is coupled to the controller by a linkage having two or more rotational inputs, wherein the rotation axes extend through the user's wrist to sense movement of the controller by the user relative to the forearm.
상기 프레임은 상기 사용자의 팔뚝에 제거 가능하게 장착되도록 구성되는, 제어 시스템.The method according to any one of claims 33 to 35,
The frame is configured to be removably mounted on the user's forearm, the control system.
사용자의 손에 의해 파지되도록 구성된 제 1 제어 부재;
3 개의 회전축들 중 적어도 2 개의 회전축들 각각 둘레의 상기 제 1 제어 부재의 변위를 측정하고 이에 응답하여 적어도 2 개의 회전축들 각각에 대해 측정된 변위를 나타내는 독립적인 신호들의 제 1 세트를 제공하는 제 1 센서;
상기 제 1 제어 부재에 대해 고정된 3 개의 병진축들 중 적어도 하나의 병진축을 따라 상기 제 1 제어 부재를 파지하면서 상기 사용자 손의 엄지 또는 검지 손가락에 의한 변위 위치에서 상기 제 1 제어 부재에 장착된 제 2 제어 부재; 및
상기 제 1 제어 부재의 이동과 독립적으로 적어도 하나의 축을 따라 상기 제 2 제어 부재의 변위를 측정하고 상기 적어도 하나의 축 각각에 대해 측정된 변위를 나타내는 독립적인 제어 신호를 발생시키는 제 2 센서를 포함하고,
상기 제 1 제어 부재는 해제 가능한 커넥터를 통해 베이스에 대한 회전 변위를 위해 상기 베이스에 결합되는, 제어기.As a controller,
A first control member configured to be gripped by a user's hand;
A first providing a first set of independent signals measuring the displacement of the first control member around each of the at least two of the three axes of rotation and in response to indicating the measured displacement for each of the at least two axes of rotation 1 sensor;
Mounted on the first control member at a displacement position by the thumb or index finger of the user's hand while gripping the first control member along at least one translation axis of the three translation axes fixed relative to the first control member A second control member; And
And a second sensor that measures displacement of the second control member along at least one axis independently of the movement of the first control member and generates an independent control signal indicative of the measured displacement for each of the at least one axis. and,
The first control member is coupled to the base for rotational displacement relative to the base through a releasable connector.
상기 커넥터는 전기 신호들을 전송하기 위한 연결부들을 포함하는, 제어기.The method of claim 37,
Wherein the connector comprises connections for transmitting electrical signals.
상기 제 1 제어 부재에 연결하기 위해 상기 베이스 내에 장착된 짐벌을 추가로 포함하고, 상기 제 1 센서는 상기 짐벌의 각도 회전을 측정하는, 제어기.The method of claim 37 or 38,
A controller further comprising a gimbal mounted in the base to connect to the first control member, wherein the first sensor measures angular rotation of the gimbal.
상기 커넥터는 상기 제 1 커넥터와 상기 베이스 사이에서 전기 신호들을 통신하기 위한 전기 연결부들을 포함하는, 제어기.The method according to any one of claims 37 to 39,
The connector comprises electrical connections for communicating electrical signals between the first connector and the base.
상기 베이스는 상기 제 1 제어 부재를 파지하지 않고 사용자의 손에 의해 유지되도록 구성되는, 제어기.The method according to any one of claims 37 to 40,
The base is configured to be held by the user's hand without gripping the first control member.
상기 베이스는 사람에게 장착 가능한, 제어기.The method according to any one of claims 37 to 40,
The base can be mounted on a person, a controller.
상기 베이스는 컴퓨터 마우스를 포함하는, 제어기.The method according to any one of claims 37 to 40,
The base comprises a computer mouse, a controller.
상기 베이스는 스마트폰용 마운팅(mounting)을 추가로 포함하는, 제어기.The method according to any one of claims 37 to 43,
The base further comprises a mounting for a smartphone, a controller.
사용자의 손에 의해 파지되도록 구성된 제 1 제어 부재;
3 개의 회전축들 중 적어도 2 개의 회전축들 각각 둘레의 상기 제 1 제어 부재의 회전 변위를 측정하고 이에 응답하여 적어도 2개의 회전축들 각각에 대해 측정된 변위를 나타내는 독립적인 신호들의 제 1 세트를 제공하는 제 1 센서;
상기 제 1 제어 부재에 대해 고정된 3 개의 병진축들 중 적어도 하나의 병진축을 따라 상기 제 1 제어 부재를 파지하면서 상기 사용자 손의 엄지 또는 검지 손가락에 의한 변위 위치에서 상기 제 1 제어 부재에 장착된 제 2 제어 부재;
상기 제 1 제어 부재의 이동과 독립적으로 적어도 하나의 축을 따라 상기 제 2 제어 부재의 변위를 측정하고 상기 적어도 하나의 축 각각에 대해 상기 측정된 변위를 나타내는 독립적인 제어 신호를 발생시키는 제 2 센서; 및
상기 제어 부재의 변위에 응답하여 널(null) 위치의 사용자에게 촉각 피드백을 발생시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 제어 부재 중 하나와 결합된 리센터링 메커니즘(re-centering mechanism)을 포함하는, 제어기.As a controller,
A first control member configured to be gripped by a user's hand;
Measuring a rotational displacement of the first control member around each of at least two of the three rotational axes and in response to providing a first set of independent signals representing the measured displacement for each of the at least two rotational axes A first sensor;
Mounted on the first control member at a displacement position by the thumb or index finger of the user's hand while gripping the first control member along at least one translation axis of the three translation axes fixed relative to the first control member A second control member;
A second sensor measuring displacement of the second control member along at least one axis independently of the movement of the first control member and generating an independent control signal indicative of the measured displacement with respect to each of the at least one axis; And
And a re-centering mechanism coupled with one of the first and second control members to generate tactile feedback to a user in a null position in response to the displacement of the control member.
상기 촉각 피드백은 힘, 흔들림 또는 다른 햅틱 신호 중 하나 이상을 포함하는, 제어기.The method of claim 45,
And the tactile feedback comprises one or more of force, shake or other haptic signals.
상기 리센터링 메커니즘은 상기 제어 부재를 널 위치로 압박(force)하는, 제어기.The method of claim 45 or 46,
The recentering mechanism controls the control member to a null position.
상기 리센터링 메커니즘은 변위 및/또는 힘을 감지하고 반응 이동, 힘, 다른 유형의 진동 햅틱 피드백을 발생시키기 위한 수단을 포함하는, 제어기.The method according to any one of claims 44 to 47,
The re-centering mechanism comprises means for sensing displacement and/or force and generating reaction movement, force, and other types of vibrational haptic feedback.
사용자의 손에 의해 파지되도록 구성된 제어 부재;
3 개의 회전축들 중 적어도 2 개의 회전축들 각각 둘레의 제 1 제어 부재의 회전 변위를 측정하고 이에 응답하여 적어도 2 개의 회전축들 각각에 대해 상기 측정된 변위를 나타내는 독립적인 신호들의 제 1 세트를 제공하는 센서;
상기 제어 부재가 결합되는 짐벌로서, 소켓에 장착된 볼, 상기 볼에 형성된 멈춤쇠(detent) 및 홈을 포함하는 상기 짐벌을 포함하는, 제어기. As a controller:
A control member configured to be gripped by a user's hand;
Measuring a rotational displacement of a first control member around each of at least two of the three rotational axes and in response to providing a first set of independent signals indicative of the measured displacement for each of the at least two rotational axes sensor;
A gimbal to which the control member is coupled, comprising a ball mounted on a socket, the gimbal including a detent and a groove formed in the ball.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11599107B2 (en) | 2019-12-09 | 2023-03-07 | Fluidity Technologies Inc. | Apparatus, methods and systems for remote or onboard control of flights |
US11644859B2 (en) | 2017-10-27 | 2023-05-09 | Fluidity Technologies Inc. | Multi-axis gimbal mounting for controller providing tactile feedback for the null command |
US11662835B1 (en) | 2022-04-26 | 2023-05-30 | Fluidity Technologies Inc. | System and methods for controlling motion of a target object and providing discrete, directional tactile feedback |
US11696633B1 (en) | 2022-04-26 | 2023-07-11 | Fluidity Technologies Inc. | System and methods for controlling motion of a target object and providing discrete, directional tactile feedback |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110339559A (en) * | 2019-08-09 | 2019-10-18 | 张振 | A kind of controlling terminal of the human-computer interaction for three-dimensional space |
US20220404841A1 (en) * | 2019-09-25 | 2022-12-22 | Sony Group Corporation | Information processing system, information processing method, and information processing program |
EP3998198A1 (en) * | 2021-02-19 | 2022-05-18 | Lilium eAircraft GmbH | Aircraft inceptor apparatus and aircraft flight control system |
CN112896531B (en) * | 2021-03-10 | 2022-10-25 | 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 | Accelerator control device of vertical take-off and landing aircraft |
CN113703356A (en) * | 2021-08-12 | 2021-11-26 | 上海曼敏科技有限公司 | Virtual display indication control device and working method |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6580418B1 (en) | 2000-02-29 | 2003-06-17 | Microsoft Corporation | Three degree of freedom mechanism for input devices |
WO2011112898A1 (en) | 2010-03-11 | 2011-09-15 | Hdt Robotics, Inc. | High degree of freedom (dof) control actuator |
US20130293362A1 (en) | 2012-05-03 | 2013-11-07 | The Methodist Hospital Research Institute | Multi-degrees-of-freedom hand controller |
US9342091B2 (en) | 2014-03-04 | 2016-05-17 | Deere & Company | Multi-function control grip for work vehicles |
US10008344B2 (en) | 2015-11-11 | 2018-06-26 | Htc Corporation | Switch assembly and hand-held device |
-
2018
- 2018-10-26 KR KR1020207014969A patent/KR20200090786A/en active IP Right Grant
- 2018-10-26 WO PCT/US2018/057862 patent/WO2019084504A1/en unknown
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- 2018-10-26 CN CN201880083478.1A patent/CN111527469A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11644859B2 (en) | 2017-10-27 | 2023-05-09 | Fluidity Technologies Inc. | Multi-axis gimbal mounting for controller providing tactile feedback for the null command |
US11599107B2 (en) | 2019-12-09 | 2023-03-07 | Fluidity Technologies Inc. | Apparatus, methods and systems for remote or onboard control of flights |
WO2022182587A1 (en) * | 2021-02-25 | 2022-09-01 | Fluidity Technologies Inc. | Multi-axis gimbal and controller comprising same |
US11662835B1 (en) | 2022-04-26 | 2023-05-30 | Fluidity Technologies Inc. | System and methods for controlling motion of a target object and providing discrete, directional tactile feedback |
US11696633B1 (en) | 2022-04-26 | 2023-07-11 | Fluidity Technologies Inc. | System and methods for controlling motion of a target object and providing discrete, directional tactile feedback |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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