RU132583U1

RU132583U1 - MOUSE - 3D MANIPULATOR

Info

Publication number: RU132583U1
Application number: RU2013117425/08U
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Никитин; Роман Борисович Белов
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Тензосенсор"
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2013-09-20

Abstract

Мышь - трехмерный манипулятор, содержащий корпус с управляющими элементами, соединенными с микропроцессором или компьютером с помощью шин и средств передачи данных, отличающийся тем, что в качестве управляющих элементов используются три миниджойстика, расположенных в передней части корпуса манипулятора в зоне досягаемости крайних фаланг указательного, среднего и безымянного пальцев, а опорная поверхность манипулятора выполнена в виде деформированного полусфероида, адаптированного к форме кисти руки, причем на нижней поверхности манипулятора размещен оптический сенсор.A mouse is a three-dimensional manipulator containing a housing with control elements connected to a microprocessor or computer using buses and data transmission devices, characterized in that three mini joysticks are used as control elements located in front of the manipulator body in the reach of the extreme phalanges of the index, middle and ring fingers, and the supporting surface of the manipulator is made in the form of a deformed hemispheroid adapted to the shape of the hand, and on the lower surface of the man pulyatora optical sensor is placed.

Description

Изобретение относится к устройствам управления объектами, в частности, к устройствам управления объектами, отображаемыми на дисплее компьютера, используемыми в мобильных телефонных аппаратах, бытовых и технологических устройствах, компьютерных манипуляторах. Изобретение может быть использовано для ввода, обработки и вывода данных путем управления объектами любых устройств визуального отображения текстовой и графической информации, а также для управления роботизированными объектами, летательными и подводными аппаратами, управления объектами в компьютерных симуляторах и при трехмерном проектировании.The invention relates to devices for managing objects, in particular, to devices for managing objects displayed on a computer display used in mobile telephones, household and technological devices, and computer manipulators. The invention can be used for input, processing and output of data by controlling objects of any device for visual display of text and graphic information, as well as for controlling robotic objects, aircraft and underwater vehicles, controlling objects in computer simulators and in three-dimensional design.

В настоящее время существует множество устройств обработки и управления информацией (US 4546347, 08.10.1985, US 4751380, 14.06.1988, JP 54-126426, 01.10.1979, EP 0081348 A2, 15.06.1983, EP 0146843 A2, 03.07.1985 и пр.), принцип работы которых основан на том, что курсор устройства, отображаемый на дисплее, связывают электронным способом с механическим сенсором (в простейшем случае шариком, снабженным системой датчиков), а затем перемещают рукой это устройство относительно анализируемой неподвижной поверхности. Существуют и такие изотонические устройства, как трекболы, трекпойнты, тачпады и пр.Currently, there are many devices for processing and managing information (US 4546347, 10/08/1985, US 4751380, 06/14/1988, JP 54-126426, 10/01/1979, EP 0081348 A2, 06/15/1983, EP 0146843 A2, 07/03/1985 and etc.), the principle of operation of which is based on the fact that the device cursor displayed on the display is connected electronically with a mechanical sensor (in the simplest case, a ball equipped with a sensor system), and then this device is moved by hand relative to the analyzed fixed surface. There are also isotonic devices such as trackballs, trackpoints, touchpads, etc.

Эти устройства позволяют управлять объектами на плоскости, т.е. управление объектами осуществляется за счет обрабатываемых сигналов только по двум координатам (например, X и Y).These devices allow you to control objects on a plane, i.e. objects are controlled by the processed signals only in two coordinates (for example, X and Y).

Одним из существенных недостатков этих устройств является невозможность одновременного управления по третьей координате (например, Z), т.е. невозможность полноценного управления объектами в пространстве.One of the significant drawbacks of these devices is the inability to simultaneously control along the third coordinate (for example, Z), i.e. the impossibility of fully managing objects in space.

Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототипом) является трехмерный микроджойстик, описанный в заявке RU 2301439 C1, 25.10.2005. Трехмерный микроджойстик содержит корпус с управляющей рукояткой, которая соединена с упругим элементом, на поверхности которого расположены тензорезисторы, соединенные с микропроцессором с помощью шин и средств передачи данных. Упругий элемент трехмерного микроджойстика выполнен в форме полого конуса, сужающегося кверху. Конусовидная форма упругого элемента способствует свободному разложению вектора силы, приложенной к управляющей рукоятке трехмерного микроджойстика, на три проекции на координатные оси X, Y и Z за счет размещения тензорезисторов на внешней и внутренней поверхностях конуса таким образом, что они регистрируют комбинации его деформаций в трех плоскостях при различной нагрузке. Тензорезисторы на упругом элементе расположены радиально от центра.Closest to the claimed invention (prototype) is a three-dimensional micro-joystick described in the application RU 2301439 C1, 10.25.2005. Three-dimensional micro-joystick contains a housing with a control handle, which is connected to an elastic element, on the surface of which there are strain gages connected to the microprocessor using buses and data transmission media. The elastic element of the three-dimensional micro-joystick is made in the form of a hollow cone, tapering upward. The conical shape of the elastic element contributes to the free decomposition of the force vector applied to the control handle of the three-dimensional micro-joystick into three projections on the X, Y, and Z coordinate axes by placing strain gages on the outer and inner surfaces of the cone so that they register combinations of its deformations in three planes at different loads. The strain gages on the elastic element are located radially from the center.

Одним из недостатков прототипа является относительное неудобство управления, так как одной ручкой приходится управлять объектом сразу по трем координатам, что приводит к возникновению ошибок управления.One of the disadvantages of the prototype is the relative inconvenience of control, since one handle has to control the object in three coordinates at once, which leads to control errors.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание простого и, вместе с тем, полноценного трехмерного манипулятора, позволяющего управлять объектом с шестью степенями свободы.The technical result of the claimed invention is the creation of a simple and, at the same time, a full three-dimensional manipulator that allows you to control an object with six degrees of freedom.

Предложен трехмерный манипулятор, содержащий корпус с тремя миниджойстиками, соединенными с микропроцессором с помощью шин и средств передачи данных.A three-dimensional manipulator is proposed, comprising a housing with three mini-joysticks connected to the microprocessor using buses and data transmission media.

Основные отличия заявляемого объекта заключаются в следующем:The main differences of the claimed facility are as follows:

- применение трех двухкоординатных миниджойстиков, позволяющее при их совместном использовании формировать сложные сигналы управления объектами с шестью степенями свободы.- the use of three two-axis mini-joysticks, which, when used together, allows the formation of complex control signals for objects with six degrees of freedom.

- использование оригинальной формы манипулятора, в виде плоского основания со встроенным оптическим сенсором и полусферической верхней опорной поверхности для кисти руки, выполненную таким образом, чтобы концы фаланг указательного, среднего и безымянного пальцев находились в области расположения трех миниджойстиков.- the use of the original form of the manipulator, in the form of a flat base with an integrated optical sensor and a hemispherical upper supporting surface for the hand, made in such a way that the ends of the phalanges of the index, middle and ring fingers are in the area of three mini joysticks.

Предлагаемый трехмерный манипулятор позволяет управлять перемещением объектов в трехмерном пространстве, а также управлять вращением объектов в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.The proposed three-dimensional manipulator allows you to control the movement of objects in three-dimensional space, as well as control the rotation of objects in three mutually perpendicular planes.

Для управления перемещением и вращением объекта прикладывают силовое воздействие к управляющим рукояткам миниджойстиков трехмерного манипулятора путем нажатия пальцами руки в направлении требуемого перемещения или вращения объекта и прекращают силовое воздействие при необходимости его остановки.To control the movement and rotation of the object, a force is applied to the control arms of the mini-joysticks of the three-dimensional manipulator by pressing fingers in the direction of the desired movement or rotation of the object and the force is stopped if it is necessary to stop it.

Описание предлагаемого трехмерного манипулятора поясняется фигурами 1 и 2.The description of the proposed three-dimensional manipulator is illustrated by figures 1 and 2.

На фигурах 1 и 2 цифрами обозначены:In figures 1 and 2, the numbers indicate:

1 - корпус;1 - housing;

2 - миниджойстик;2 - mini-joystick;

3 - опорная поверхность манипулятора;3 - supporting surface of the manipulator;

4 - нижняя поверхность манипулятора;4 - bottom surface of the manipulator;

5 - оптический сенсор.5 - optical sensor.

На фигуре 1 показан трехмерный манипулятор, на корпусе 1 которого, выполненного в форме, удобной для расположения руки оператора, размещены три миниджойстика 2.The figure 1 shows a three-dimensional manipulator, on the housing 1 of which, made in a form convenient for positioning the operator’s hand, three mini joysticks 2 are placed.

На фигуре 2 показана нижняя поверхность манипулятора 4, на которой расположен оптический сенсор 5.The figure 2 shows the lower surface of the manipulator 4, on which the optical sensor 5 is located.

Удобство в работе с трехмерным манипулятором определяется, во-первых, тем, что он представляет собой легко умещающее в ладони изделие, а во-вторых, тем, что в процессе работы его управляющие рукоятки обращены к манипулирующим пальцам руки оператора, располагающейся поверх корпуса трехмерного манипулятора.Convenience in working with a three-dimensional manipulator is determined, firstly, by the fact that it is an easy-to-fit product in the palm of the hand, and secondly, by the fact that in the process of operation its control arms are turned towards the manipulating fingers of the operator’s hand, located on top of the body of the three-dimensional manipulator .

Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.The proposed utility model works as follows.

Удерживая мышь-трехмерный манипулятор за корпус 1 в руке, нажимают пальцами руки управляющие рукоятки миниджойстиков 2 в нужном направлении. Микропроцессор (на фигурах не показан), вычисляет угол приложения силы по формулам, заложенным в его памяти, определяет приращения и перемещает или вращает объект, пока нажат тот или иной миниджойстик.Holding the mouse-three-dimensional manipulator by the housing 1 in the hand, the control arms of the mini-joysticks 2 are pressed with the fingers of the hand in the desired direction. The microprocessor (not shown in the figures) calculates the angle of application of force according to the formulas in its memory, determines the increments and moves or rotates the object while one or another mini-joystick is pressed.

Скорость перемещения или вращения объекта изменяют путем изменения величины приложенного усилия на управляющую рукоятку миниджойстиков 2. Каждый миниджойстик способен вырабатывать сигналы управления по двум координатам. Поэтому три джойстика способны управлять объектом с 6-ю степенями свободы - осуществлять перемещение по трем координатам и осуществлять вращение объекта вокруг трех осей 3-х мерной системы координат. Распределение функций каждого джойстика осуществляется программным путем в соответствие с задачами стоящими перед оператором.The speed of movement or rotation of the object is changed by changing the amount of applied force to the control handle of the mini-joysticks 2. Each mini-joystick is capable of generating control signals in two coordinates. Therefore, three joysticks are able to control an object with 6 degrees of freedom - to move along three coordinates and to rotate an object around three axes of a 3D coordinate system. The distribution of functions of each joystick is carried out programmatically in accordance with the tasks facing the operator.

Наличие оптического сенсора на нижней поверхности манипулятора позволяет использовать его в качестве компьютерной мыши, при этом миниджойстики выполняют функции обычных кнопок мыши.The presence of an optical sensor on the bottom surface of the manipulator allows you to use it as a computer mouse, while the mini-joysticks perform the functions of ordinary mouse buttons.

Переключение режимов работы трехмерного манипулятора осуществляется программным путем.The switching modes of the three-dimensional manipulator is carried out programmatically.

Технический результатTechnical result

Предлагаемое изобретение позволяет удобно управлять перемещением объекта в пространстве по трем координатам и одновременно управлять вращением объекта в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.The present invention allows you to conveniently control the movement of an object in space along three coordinates and at the same time control the rotation of the object in three mutually perpendicular planes.

Устройство может найти применение при управлении разнообразными виртуальными и реальными объектами, а также при трехмерном проектировании, а в дальнейшем, при работе с трехмерными операционными системами.The device can find application in managing a variety of virtual and real objects, as well as in three-dimensional design, and later, when working with three-dimensional operating systems.

Claims

A mouse is a three-dimensional manipulator containing a housing with control elements connected to a microprocessor or computer using buses and data transmission devices, characterized in that three mini joysticks are used as control elements located in front of the manipulator housing in the reach of the extreme phalanges of the index, middle and ring fingers, and the supporting surface of the manipulator is made in the form of a deformed hemispheroid adapted to the shape of the hand, and on the lower surface of the man pulyatora optical sensor is placed.