RU192632U1

RU192632U1 - Computer manipulator for people with disabilities

Info

Publication number: RU192632U1
Application number: RU2019119194U
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Таланов; Дмитрий Константинович Кострин; Всеволод Алексеевич Симон; Николай Николаевич Потрахов; Андрей Александрович Ухов
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2019-09-24

Abstract

Компьютерный манипулятор для людей с ограниченными возможностями относится к устройствам ввода данных и предназначен для управления компьютером людьми с нарушением физической подвижности, используя функции манипулятора типа «мышь».Технический результат заявляемой полезной модели состоит в уменьшении времени отклика, в повышении точности перемещения курсора по экрану, в снижении стоимости устройства.Для достижения указанного технического результата в устройстве компьютерного манипулятора для людей с ограниченными возможностями, состоящем из мундштука, воздуховода, гибкой кондуитной трубы, струбцины, первой и второй муфты, при этом воздуховод одним из своих концов подключен к мундштуку, гибкая кондуитная труба присоединена одним из своих концов к струбцине через первую муфту, дополнительно введен блок регистрации и обработки данных, соединенный с другим концом кондуитной трубы через вторую муфту, включающий плату с установленным на ней дифференциальным датчиком давления, двухосным потенциометром, первым и вторым аналого-цифровым преобразователем и микроконтроллером, при этом другой конец воздуховода подключен к первому входу блока регистрации и обработки данных, который является входом датчика давления, мундштук присоединен ко второму входу блока регистрации и обработки данных, который является входом потенциометра, выход датчика давления подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя, выход потенциометра подключен к входу второго аналого-цифрового преобразователя, выходы первого и второго аналого-цифрового преобразователя подключены соответственно к первому и второму входу микроконтроллера, выходом микроконтроллера является интерфейс USB, который является выходом блока регистрации и обработки данных.A computer manipulator for people with disabilities refers to data input devices and is intended to control a computer with people with physical mobility impairments using the functions of a “mouse” type manipulator. The technical result of the claimed utility model consists in reducing the response time, in increasing the accuracy of cursor movement on the screen, in reducing the cost of the device. To achieve the specified technical result in the device of a computer manipulator for people with disabilities, consisting of a mouthpiece, an air duct, a flexible conduit pipe, a clamp, a first and second coupling, the duct being connected to the mouthpiece by one of its ends, a flexible conduit pipe is connected to one of its ends to the clamp through the first coupling, an additional data recording and processing unit is introduced, connected to the other end of the conduit pipe through a second sleeve, including a board with a differential pressure sensor mounted on it, a biaxial potentiometer, a first and second analog-to-digital converter, and microcontrol with the other end of the duct connected to the first input of the data recording and processing unit, which is the input of the pressure sensor, the mouthpiece is connected to the second input of the data recording and processing unit, which is the input of the potentiometer, the pressure sensor output is connected to the input of the first analog-to-digital converter , the output of the potentiometer is connected to the input of the second analog-to-digital converter, the outputs of the first and second analog-to-digital converter are connected to the first and second inputs, respectively y microcontroller, the microcontroller output is a USB interface, which is the output of the recording unit and data processing.

Description

Заявляемая полезная модель компьютерного манипулятора для людей с ограниченными возможностями относится к устройствам ввода данных; предназначена для управления компьютером людьми с нарушением физической подвижности используя функции манипулятора типа «мышь».The claimed utility model of a computer manipulator for people with disabilities relates to data input devices; It is intended for controlling a computer by people with impaired physical mobility using the functions of a mouse-type manipulator.

В настоящее время для управления компьютером лицами с нарушениями двигательного аппарата используются в большинстве случаев оптические устройства, такие как инфракрасные датчики и веб-камеры. Данные устройства массового сегмента рынка не всегда достаточно точны и эффективны, а их более качественные аналоги имеют очень высокую стоимость и весьма сложны в управлении.Currently, in most cases, optical devices such as infrared sensors and webcams are used to control a computer by persons with impaired motor apparatus. These devices of the mass market segment are not always accurate and efficient enough, and their better counterparts have a very high cost and are very difficult to manage.

Устройство, представленное в [Gyro-Mouse for the Disabled: 'Click' and 'Position' Control of the Mouse Cursor / G.-M. Eom, K.-S. Kim, C.-S. Kim et al. // International Journal of Control, Automation, and Systems. Vol. 5, №2. P. 147-154], предназначено для управления курсором компьютерной мыши за счет изменения положения головы пользователя. Аппаратный блок данного устройства состоит из модуля датчика, определяющего движения головы, микрокомпьютера, выполняющего аналого-цифровое преобразование и последовательную передачу данных. Для позиционирования мыши были использованы движения головы вправо, влево, вверх и вниз, а в качестве аналога нажатия кнопок мыши использовался кивок головы. Программное обеспечение на ПК получает последовательные данные и преобразует их в сообщения мыши (перемещение и нажатие кнопок), после чего передает их в операционную систему Windows, которая в свою очередь выполняет требуемые команды. Программа работает в двух режимах: обучение и работа. В первом режиме система искусственной нейронной сети обучается с помощью предварительно выбранных обучающих сигналов. Во втором режиме данное устройство выполняет свои функции с незначительными отличиями от оптической мыши.The device presented in [Gyro-Mouse for the Disabled: 'Click' and 'Position' Control of the Mouse Cursor / G.-M. Eom, K.-S. Kim, C.-S. Kim et al. // International Journal of Control, Automation, and Systems. Vol. 5, No. 2. P. 147-154], is intended to control the cursor of a computer mouse by changing the position of the user's head. The hardware unit of this device consists of a sensor module that detects head movements, a microcomputer that performs analog-to-digital conversion and serial data transfer. To position the mouse, head movements to the right, left, up, and down were used, and a nod of the head was used as an analog of pressing the mouse buttons. The software on the PC receives serial data and converts them into mouse messages (moving and pressing buttons), and then transfers them to the Windows operating system, which in turn executes the required commands. The program works in two modes: training and work. In the first mode, the artificial neural network system is trained using pre-selected training signals. In the second mode, this device performs its functions with slight differences from the optical mouse.

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность в восприятии компьютером необходимых действий, поскольку не каждый пользователь, потерявший физическую подвижность, сможет с легкостью выполнить кивок, достаточный для распознавания устройством. Кроме того, к недостаткам можно отнести сложность подключения мыши к компьютеру. Для этого необходимо устанавливать программное обеспечение и производить сложную настройку данной системы.The disadvantages of this device include the difficulty in the computer's perception of the necessary actions, since not every user who has lost physical mobility can easily perform a nod sufficient for the device to recognize. In addition, the disadvantages include the difficulty of connecting the mouse to the computer. For this, it is necessary to install software and perform complex configuration of this system.

Другое устройство, представленное в [Assistive computer input device for muscular atrophy patients / P.-S. Tsai, T.-F. Wu, N.-T. Hu et al. // Advances in Mechanical Engineering. 2016. Vol. 8. P. 1-10], также предназначено для управления курсором компьютерной мыши с помощью движений головы. Однако в данном случае эти движения фиксируются с помощью веб-камеры. Веб-камера захватывает изображения головы пользователя, а затем компьютер обрабатывает эти изображения, чтобы вычислить и преобразовать направление и расстояние перемещения головы пользователя в положение курсора мыши и в нажатия кнопок мыши. Чтобы точно и быстро распознать эти особенности использовалась круглая наклейка диаметром 1 см в качестве идентификационной метки, которая наклеивается на лоб пользователя. После того, как веб-камера захватывает изображения, программа может распознавать позиции идентификационной метки и перемещать курсор мыши. С помощью Windows эта программа определяла нажатие пользователем кнопок мыши на основе последовательности движений для управления курсором.Another device presented in [Assistive computer input device for muscular atrophy patients / P.-S. Tsai, T.-F. Wu, N.-T. Hu et al. // Advances in Mechanical Engineering. 2016. Vol. 8. P. 1-10], is also intended to control the cursor of a computer mouse using head movements. However, in this case, these movements are recorded using a webcam. The webcam captures images of the user's head, and then the computer processes these images to calculate and convert the direction and distance of movement of the user's head to the position of the mouse cursor and mouse clicks. In order to accurately and quickly recognize these features, a round sticker with a diameter of 1 cm was used as an identification mark, which is glued to the user's forehead. After the webcam captures images, the program can recognize the position of the identification mark and move the mouse cursor. Using Windows, this program determined the user's click of a mouse button based on a sequence of movements to control the cursor.

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность системы в целом и необходимость использования дополнительной метки, что не всегда возможно. Также крайне неудобным для пользователя является необходимость проведения определенной последовательности движений головы для определения факта срабатывания кнопки мыши.The disadvantages of this device include the complexity of the system as a whole and the need to use an additional tag, which is not always possible. Also extremely inconvenient for the user is the need to conduct a certain sequence of head movements to determine if the mouse button is triggered.

Следующее устройство, представленное в [GazePointer: A Real Time Mouse Pointer Control Implementation Based On Eye Gaze Tracking / M.U. Ghani, S. Chaudhry, M. Sohail // Proceedings of the 16th International Multi Topic Conference (INMIC). 2013. P. 154-159], предназначено для управления курсором компьютерной мыши за счет изменения положения взгляда пользователя. В качестве устройства захвата используется веб-камера, встроенная в ноутбук. Программа фиксирует направление взгляда пользователя на экран и перемещает курсор в заданную точку.The following device, presented in [GazePointer: A Real Time Mouse Pointer Control Implementation Based On Eye Gaze Tracking / M.U. Ghani, S. Chaudhry, M. Sohail // Proceedings of the 16th International Multi Topic Conference (INMIC). 2013. P. 154-159], is intended to control the cursor of a computer mouse by changing the position of the user's gaze. As a capture device, a webcam built into the laptop is used. The program captures the direction of the user's gaze on the screen and moves the cursor to a given point.

Однако в данной статье не указывается, как компьютер понимает нажатие мыши. Это можно считать недостатком данного метода, поскольку это отдельная сложная задача, которая требует дополнительного решения. Использование очевидного в данном случае моргания в качестве события нажатия кнопки требует сложной программной обработки для выделения полезного сигнала на фоне самопроизвольного моргания.However, this article does not indicate how the computer understands mouse clicks. This can be considered a disadvantage of this method, since this is a separate complex task that requires additional solutions. Using the obvious blink in this case as an event of pressing a button requires complex software processing to highlight a useful signal against a background of spontaneous blinking.

Также известно устройство, представленное в [Design and Implementation of Advanced Wireless Tongue Drive / Operated System for Paralyzed, Disabled & Quadriplegic Patients / U. Abbas, M.Z. Shaikh, A. Panhwer et al. // Journal of Bioengineering & Biomedical Science. 2016. Vol 6, №2. P. 185], предназначенное для управления курсором компьютерной мыши с помощью языка. Аппаратный блок данного устройства состоит из постоянного магнита, закрепленного на языке с помощью имплантации, прокола или клея, который используется в качестве индикатора. Его движение обнаруживается с помощью набора магниточувствительных датчиков, установленных на гарнитуре вне рта или на внутренней части ортодонтической скобы. Данные отправляются по беспроводной связи в микроконтроллер с помощью беспроводного трансивера. Выходные сигналы микроконтроллера передаются по беспроводной связи на портативный компактный компьютер с персональным цифровым помощником, который закрепляется на одежду или инвалидную коляску пользователя.Also known is a device presented in [Design and Implementation of Advanced Wireless Tongue Drive / Operated System for Paralyzed, Disabled & Quadriplegic Patients / U. Abbas, M.Z. Shaikh, A. Panhwer et al. // Journal of Bioengineering & Biomedical Science. 2016. Vol 6, No. 2. P. 185], designed to control the cursor of a computer mouse using language. The hardware unit of this device consists of a permanent magnet fixed to the tongue using implantation, a puncture or glue, which is used as an indicator. Its movement is detected using a set of magnetosensitive sensors mounted on the headset outside the mouth or on the inside of the orthodontic bracket. Data is sent wirelessly to the microcontroller using a wireless transceiver. The microcontroller output signals are transmitted wirelessly to a portable compact computer with a personal digital assistant, which is fixed to the user's clothes or wheelchair.

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность восприятия необходимых команд, поскольку магнитное поле может повлиять не только на конкретный датчик, но и на соседний. Кроме того, возникает сложность поднесения языком к конкретному датчику магнита, поскольку пациенту сложно отличить положение языка с разницей в несколько миллиметров без конкретной точки привязки.The disadvantages of this device include the difficulty in perceiving the necessary commands, since the magnetic field can affect not only a specific sensor, but also an adjacent one. In addition, it becomes difficult to bring the tongue to a specific magnet sensor, since it is difficult for the patient to distinguish the position of the tongue with a difference of several millimeters without a specific anchor point.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели техническим решением является устройство, описанное в [Mouth Pipe Unit for Activating a Device / B.W. Wechtenhiser // Патент США №8,643,478 B2, дата публикации 04.02.2014, заявка №13/200,293 от 21.09.2011], которое предназначено для управления подключенной извне электрической схемой от пневматического воздействия (дыхания) человека. Устройство состоит из мундштука, пористого фильтра для предотвращения проникновения слюны и/или крови пациента, пластины с отверстием для прохождения воздуха для ограничения перемещения пористого фильтра при сильном выдохе, гибкой кондуитной трубы, муфты, соединяющей мундштук и кондуитную трубу, герметизирующего эпоксидного компаунда, воздушной трубки (воздуховода), струбцины, муфты с отверстием для воздуховода, соединяющей кондуитную трубу и струбцину, пневматического коммутатора с электрическим соединителем (штекером). Пользователь делает выдох в мундштук, заставляя воздух проходить через пористый фильтр и воздуховод, тем самым вызывая увеличение давления воздуха на пневматический коммутатор; при этом происходит замыкание контактов в коммутаторе, что приводит к активации внешней электрической цепи, подключенной через штекер. Данное устройство может использоваться для подачи сигнала о помощи на пульт дежурного врача пациентом с парализованными конечностями. Конструкция пневматического коммутатора и штекера обеспечивает отсутствие искрения, что позволяет использовать данное устройство в насыщенных кислородом средах, таких как реанимационные отделения и палаты интенсивной терапии лечебных учреждений. Мундштук, в который пользователь выдыхает воздух, является расходным материалом; при накоплении загрязнений он может быть заменен, что обеспечивает гигиеничность.The technical solution closest to the claimed utility model is the device described in [Mouth Pipe Unit for Activating a Device / B.W. Wechtenhiser // US Patent No. 8,643,478 B2, publication date 02/02/2014, Application No. 13 / 200,293 of 09/21/2011], which is intended to control an external circuit connected from pneumatic effects (respiration) of a person. The device consists of a mouthpiece, a porous filter to prevent the penetration of saliva and / or blood of the patient, a plate with an opening for air passage to limit the movement of the porous filter during strong expiration, a flexible conduit pipe, a coupling connecting the mouthpiece and conduit pipe, a sealing epoxy compound, an air tube (duct), clamps, couplings with a hole for the duct connecting the conduit pipe and clamp, pneumatic switch with an electrical connector (plug). The user exhales into the mouthpiece, forcing the air to pass through the porous filter and the air duct, thereby causing an increase in air pressure on the pneumatic switch; in this case, the contacts are closed in the switch, which leads to the activation of an external electric circuit connected via a plug. This device can be used to send a signal of help to the on-call doctor's console by a patient with paralyzed limbs. The design of the pneumatic switch and the plug ensures the absence of sparking, which makes it possible to use this device in oxygen-saturated environments, such as intensive care units and intensive care units of medical institutions. The mouthpiece into which the user exhales air is a consumable; during the accumulation of contaminants it can be replaced, which ensures hygiene.

Недостатком данного устройства является наличие лишь одной функции управления: пользователь может только кратковременно замкнуть внешнюю электрическую цепь путем резкого выдоха воздуха в мундштук. Для реализации компьютерного манипулятора требуется больший набор функций, включающий управление горизонтальным и вертикальным положением курсора, а также генерацией сигналов, соответствующих нажатию левой или правой кнопки манипулятора типа «мышь».The disadvantage of this device is the presence of only one control function: the user can only short-circuit an external electrical circuit by abruptly exhaling air into the mouthpiece. To implement a computer manipulator, a larger set of functions is required, including controlling the horizontal and vertical position of the cursor, as well as generating signals corresponding to pressing the left or right button of the mouse type manipulator.

Задача, на которую направлено заявляемое техническое решение, заключается в разработке компьютерного манипулятора для людей с ограниченными возможностями, подключаемого по стандартному интерфейсу USB (Universal Serial Bus, универсальная последовательная шина) и распознаваемого компьютером в качестве HID-устройства (Human Interface Device, устройство для взаимодействия с человеком), функционально аналогичного манипулятору типа «мышь».The task to which the claimed technical solution is directed is to develop a computer manipulator for people with disabilities, connected via a standard USB interface (Universal Serial Bus, universal serial bus) and recognized by a computer as a HID device (Human Interface Device, a device for interaction with a person), functionally similar to a mouse-type manipulator.

Технический результат заявляемой полезной модели состоит в уменьшении времени отклика, в повышении точности перемещения курсора по экрану, в снижении стоимости устройства.The technical result of the claimed utility model consists in reducing the response time, in increasing the accuracy of moving the cursor on the screen, in reducing the cost of the device.

Для достижения указанного технического результата в заявляемой полезной модели, состоящей из мундштука, воздуховода, гибкой кондуитной трубы, струбцины, первой и второй муфты, при этом воздуховод одним из своих концов подключен к мундштуку, гибкая кондуитная труба присоединена одним из своих концов к струбцине через первую муфту, дополнительно введен блок регистрации и обработки данных, соединенный с другим концом кондуитной трубы через вторую муфту, включающий плату с установленным на ней дифференциальным датчиком давления, двухосным потенциометром, первым и вторым аналого-цифровым преобразователем и микроконтроллером, при этом другой конец воздуховода подключен к первому входу блока регистрации и обработки данных, который является входом датчика давления, мундштук присоединен ко второму входу блока регистрации и обработки данных, который является входом потенциометра, выход датчика давления подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя, выход потенциометра подключен к входу второго аналого-цифрового преобразователя, выходы первого и второго аналого-цифрового преобразователя подключены соответственно к первому и второму входу микроконтроллера, выходом микроконтроллера является интерфейс, который является выходом блока регистрации и обработки данных.To achieve the specified technical result in the claimed utility model, consisting of a mouthpiece, duct, flexible conduit pipe, clamp, first and second couplings, while one of its ends is connected to the mouthpiece, a flexible conduit is connected to one of its ends to the clamp through the first the coupling, an additional data recording and processing unit is introduced, connected to the other end of the conduit pipe through a second coupling, including a board with a differential pressure sensor mounted on it, a biaxial potentiometer, first and second analog-to-digital converter and microcontroller, while the other end of the duct is connected to the first input of the data recording and processing unit, which is the input of the pressure sensor, the mouthpiece is connected to the second input of the data recording and processing unit, which is the input of the potentiometer, output the pressure sensor is connected to the input of the first analog-to-digital converter, the output of the potentiometer is connected to the input of the second analog-to-digital converter, the outputs of the first and second analog The digital-to-digital converter is connected respectively to the first and second input of the microcontroller, the output of the microcontroller is the interface, which is the output of the data recording and processing unit.

Замена пневматического коммутатора на дифференциальный датчик давления, а также добавление двухосного потенциометра и микроконтроллера расширяет функциональность устройства до набора функций компьютерного манипулятора типа «мышь», при этом обеспечивая удобство подключения к компьютеру через стандартный интерфейс USB без дополнительных переходников. Быстрота отклика и точность перемещения курсора по экрану обеспечивается за счет одноступенчатого преобразования выходных сигналов потенциометра и датчика давления в действие на компьютере.Replacing the pneumatic switch with a differential pressure sensor, as well as adding a biaxial potentiometer and a microcontroller, extends the functionality of the device to the set of functions of a computer mouse-type manipulator, while ensuring the convenience of connecting to a computer via a standard USB interface without additional adapters. The speed of response and the accuracy of moving the cursor on the screen is ensured by a one-step conversion of the output signals of the potentiometer and pressure sensor into action on the computer.

Поскольку датчик давления соединен с мундштуком через воздуховод, подключенный к мундштуку сбоку, слюна и кровь пациента не смогут попасть внутрь датчика давления, оставаясь внутри мундштука, и поэтому использование пористого фильтра и пластины с отверстием для прохождения воздуха не является обязательным. Стоимость устройства будет ниже по сравнению с аналогами благодаря использованию простой конструкции, серийных электронных компонентов и отсутствию необходимости разработки специального программного обеспечения (драйвера) для компьютера.Since the pressure sensor is connected to the mouthpiece through an air duct connected to the mouthpiece from the side, the saliva and blood of the patient will not be able to get inside the pressure sensor, remaining inside the mouthpiece, and therefore the use of a porous filter and a plate with a hole for air passage is not necessary. The cost of the device will be lower compared to peers due to the use of a simple design, serial electronic components and the absence of the need to develop special software (driver) for the computer.

Сущность заявляемой полезной модели представлена на фиг. 1, где изображена структурная схема компьютерного манипулятора для людей с ограниченными возможностями.The essence of the claimed utility model is presented in FIG. 1, which shows a block diagram of a computer manipulator for people with disabilities.

Компьютерный манипулятор для людей с ограниченными возможностями (фиг. 1) состоит из мундштука 1, воздуховода 2, гибкой кондуитной трубы 3, струбцины 4, первой и второй муфты 5 и 6, при этом воздуховод 2 одним из своих концов подключен к мундштуку 1, гибкая кондуитная труба 3 присоединена одним из своих концов к струбцине 4 через первую муфту 5, блока регистрации и обработки данных (БРОД) 10, соединенного с другим концом кондуитной трубы через вторую муфту 6, состоящего из платы 11 с установленным на ней дифференциальным датчиком давления (ДД) 7, двухосным потенциометром (П) 8, первым и вторым аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 12 и 13 и микроконтроллером (МК) 9, при этом другой конец воздуховода 2 подключен к первому входу блока регистрации и обработки данных 10, который является входом датчика давления 7, мундштук 1 присоединен ко второму входу блока регистрации и обработки данных 10, которым является вход потенциометра 8, выход датчика давления 7 подключен к входу первого аналого-цифрового преобразователя 12, выход потенциометра 8 подключен к входу второго аналого-цифрового преобразователя 13, выходы первого и второго аналого-цифрового преобразователя 12 и 13 подключены соответственно к первому и второму входу микроконтроллера 9, выходом микроконтроллера 9 является интерфейс USB, который является выходом блока регистрации и обработки данных 10.A computer manipulator for people with disabilities (Fig. 1) consists of a mouthpiece 1, duct 2, flexible conduit pipe 3, clamp 4, first and second couplings 5 and 6, while duct 2 is connected to the mouthpiece 1 by one of its ends, flexible a conduit pipe 3 is connected at one of its ends to a clamp 4 through a first sleeve 5, a data recording and processing unit (BROD) 10 connected to the other end of the conduit pipe through a second sleeve 6, consisting of a board 11 with a differential pressure sensor installed on it (DD ) 7, biaxial m potentiometer (P) 8, the first and second analog-to-digital converter (ADC) 12 and 13 and the microcontroller (MK) 9, while the other end of the duct 2 is connected to the first input of the data recording and processing unit 10, which is the input of the pressure sensor 7 , the mouthpiece 1 is connected to the second input of the data recording and processing unit 10, which is the input of the potentiometer 8, the output of the pressure sensor 7 is connected to the input of the first analog-to-digital converter 12, the output of potentiometer 8 is connected to the input of the second analog-to-digital converter 1 3, the outputs of the first and second analog-to-digital converters 12 and 13 are connected respectively to the first and second input of the microcontroller 9, the output of the microcontroller 9 is a USB interface, which is the output of the data recording and processing unit 10.

Принцип действия компьютерного манипулятора для людей с ограниченными возможностями заключается в следующем. Конструкция компьютерного манипулятора с помощью струбцины 4 устанавливается на душке кровати или на поручнях инвалидного кресла. Благодаря гибкой кондуитной трубе 3 конструкция может быть вручную настроена по высоте и положению, ориентируясь в направлении ротовой полости пациента. Мундштук 1, закрепленный на рукоятке потенциометра 8, помещается пациенту в ротовую полость. Пациент перемещает мундштук 1 в различных направлениях плоскости, изменяя сопротивления плеч потенциометра 8, что приводит к изменению выходного сигнала потенциометра 8. Этот сигнал оцифровывается с помощью второго аналого-цифрового преобразователя 13 и регистрируется в памяти микроконтроллера 9, а затем передается от микроконтроллера 9 на компьютер по интерфейсу USB в цифровом виде, задавая направление перемещения курсора мыши по координатной сетке экрана компьютера. В зависимости от своих возможностей пациент может управлять мундштуком 1 с помощью поворотов головы, движения челюстей или языка.The principle of operation of a computer manipulator for people with disabilities is as follows. The design of the computer manipulator using a clamp 4 is installed on the cot of the bed or on the handrails of a wheelchair. Thanks to the flexible conduit tube 3, the design can be manually adjusted in height and position, being guided in the direction of the patient's oral cavity. The mouthpiece 1, mounted on the handle of the potentiometer 8, is placed in the oral cavity of the patient. The patient moves the mouthpiece 1 in different directions of the plane, changing the resistance of the shoulders of the potentiometer 8, which leads to a change in the output signal of the potentiometer 8. This signal is digitized using a second analog-to-digital converter 13 and recorded in the memory of the microcontroller 9, and then transmitted from the microcontroller 9 to a computer via the USB interface in digital form, setting the direction of movement of the mouse cursor on the coordinate grid of the computer screen. Depending on his capabilities, the patient can control the mouthpiece 1 by turning the head, moving the jaw or tongue.

Для генерации сигналов, аналогичных нажатию правой или левой кнопки манипулятора типа «мышь» используется датчик давления 7. При увеличении давления в датчике 7 относительно атмосферного (пользователь дует в мундштук 1) генерируется сигнал нажатия правой кнопки, а при уменьшении давления (пользователь втягивает воздух из мундштука) - нажатия левой кнопки манипулятора типа «мышь». Сигнал с датчика давления 7 оцифровывается с помощью первого аналого-цифрового преобразователя 12 и регистрируется в памяти микроконтроллера 9, а затем передается от микроконтроллера 9 на компьютер по интерфейсу USB в цифровом виде, генерируя в операционной системе события нажатия правой или левой кнопок манипулятора типа «мышь».To generate signals similar to pressing the right or left button of a mouse type manipulator, a pressure sensor 7 is used. When pressure increases in the sensor 7 relative to atmospheric pressure (the user blows into mouthpiece 1), a right-click signal is generated, and when the pressure decreases (the user draws air from mouthpiece) - pressing the left button of the mouse type manipulator. The signal from the pressure sensor 7 is digitized using the first analog-to-digital converter 12 and recorded in the memory of the microcontroller 9, and then transmitted from the microcontroller 9 to the computer via the USB interface in digital form, generating events in the operating system when the right or left buttons of the mouse type are pressed ".

В ходе экспериментов были выявлены оптимальные условия для генерации сигналов нажатия кнопок, которые были учтены при разработке встроенного программного обеспечения микроконтроллера 9. Вся программная обработка сигналов от пользователя осуществляется в микроконтроллере 9, а затем обработанный сигнал передается по интерфейсу USB. Устройство не требует установки и настройки драйверов на компьютере. Для начала работы достаточно подключить устройство в порт USB.During the experiments, the optimal conditions for the generation of button press signals were identified, which were taken into account when developing the firmware of the microcontroller 9. All software processing of signals from the user is carried out in the microcontroller 9, and then the processed signal is transmitted via the USB interface. The device does not require installation and configuration of drivers on the computer. To get started, just connect the device to the USB port.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет уменьшить время отклика, повысить точность перемещения курсора по экрану, снизить стоимость устройства.Thus, the claimed technical solution allows to reduce the response time, improve the accuracy of moving the cursor on the screen, reduce the cost of the device.

Claims

A computer manipulator for people with disabilities, consisting of a mouthpiece, duct, flexible conduit pipe, clamp, first and second couplings, while the duct is connected to the mouthpiece at one of its ends, a flexible conduit is connected to one of its ends to the clamp through the first coupling, characterized in that an additional data recording and processing unit is introduced, connected to the other end of the conduit pipe through a second sleeve, including a board with a differential pressure sensor mounted on it, two an ear potentiometer, a first and second analog-to-digital converter and a microcontroller, while the other end of the duct is connected to the first input of the data recording and processing unit, which is the input of the pressure sensor, the mouthpiece is connected to the second input of the data recording and processing unit, which is the input of the potentiometer, the pressure sensor output is connected to the input of the first analog-to-digital converter, the potentiometer output is connected to the input of the second analog-to-digital converter, the outputs of the first and second second analog-to-digital converter connected respectively to the first and the second input of the microcontroller, the microcontroller output is a USB interface, which is the output of the recording unit and data processing.