RU209165U1 - Беспроводной манипулятор - Google Patents

Беспроводной манипулятор Download PDF

Info

Publication number
RU209165U1
RU209165U1 RU2021124162U RU2021124162U RU209165U1 RU 209165 U1 RU209165 U1 RU 209165U1 RU 2021124162 U RU2021124162 U RU 2021124162U RU 2021124162 U RU2021124162 U RU 2021124162U RU 209165 U1 RU209165 U1 RU 209165U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rubber
base
wireless
data
technical solution
Prior art date
Application number
RU2021124162U
Other languages
English (en)
Inventor
Павел Андреевич Арапов
Original Assignee
Федоров Константин Дмитриевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федоров Константин Дмитриевич filed Critical Федоров Константин Дмитриевич
Priority to RU2021124162U priority Critical patent/RU209165U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU209165U1 publication Critical patent/RU209165U1/ru

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Техническое решение относится к HID (human interface device) - классу устройств для взаимодействия с цифровой средой. Это - контроллер "перчатка", повторяющий анатомическое положение руки, передающий данные на подключенное устройство (компьютер, смартфон), затем эти данные можно использовать как для визуализации рук в дополненной и виртуальной реальности (вызов событий при определенных жестах и взаимодействие с виртуальными объектами), так и для управления мультимедийными приложениями: запуск/остановка видеоплеера, масштабирование и вращение моделей в программах для создания 3D-графики. Манипулятор-рука содержит основание, зафиксированное на тыльной стороне ладони. На основании размещен корпус. Внутри корпуса расположен блок управления и соединенные с ним шлейфом датчики Холла, и гироскоп. В корпусе выполнены пазы, в которых установлены резиновые дуги. Дуги прикреплены к пальцам пользователя, при этом резиновые дуги установлены с возможностью вращения. На каждой резиновой дуге расположен постоянный магнит, а датчик Холла установлен в корпусе у основания каждой резиновой дуги. Использование заявленного технического решения позволяет повысить быстродействие работы устройства, при повышении надежности работы заявленного технического решения. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники
Техническое решение относится к HID (human interface device) - классу устройств для взаимодействия с цифровой средой. Это беспроводной манипулятор (контроллер "перчатка"), повторяющий анатомическое положение руки, передающий данные на подключенное устройство (компьютер, смартфон), затем эти данные можно использовать как для визуализации рук в дополненной и виртуальной реальности (вызов событий при определенных жестах и взаимодействие с виртуальными объектами), так и для управления мультимедийными приложениями: запуск/остановка видеоплеера, масштабирование и вращение моделей в программах для создания 3D-графики.
Уровень техники
Из уровня техники известна бионическая рука (https://macsphere.mcmaster.ca/bitstream/11375/14486/1/fulltext.pdf). В известном техническом решении также используется датчик холла и магнит для определения сгибания и разгибания кисти руки. Отличие от нашего устройства в расположении датчика и магнита и дальнейшей обработке сигнала. В документе магнит передвигается над датчиком в горизонтальной оси, тогда как наше устройство использует перпендикулярное отдаление магнита отдатчика с помощью конструкции соединяющей резинки.
Недостатком известного технического решения является то, что известное техническое решение обрабатывает сигнал от сенсора и отдает команду на протез (согнуть/разогнуть), то есть механизм знает лишь два состояния всего устройства: полностью согнуть/полностью разогнуть. Техническое решение, заявленное в настоящей полезной модели, позволяет определять промежуточные градусы сжатия каждого пальца, позволяя более плавно и точно позиционировать цифровой скелет руки.
Из уровня техники известно устройство для позиционирования протеза или ортопедии с помощью пальца (US 7828857 В2, опубл. 09.11.2010). Известное устройство содержит один или несколько датчиков пациента; протезное устройство, в котором протезное устройство содержит элемент ладони, который образует плоскость вдоль поверхности элемента ладони и центральную ось, проходящую через центр плоскости, элемент большого пальца, несколько элементов пальца и датчик угла, который измеряет положение элемент для большого пальца вокруг оси вращения, обычно параллельной центральной оси; система управления, связанная с одним или несколькими датчиками пациента и датчиком угла; и приводной механизм, связанный с системой управления и связанный с протезом; при этом система управления сконфигурирована для управления приводным механизмом для позиционирования одного или нескольких элементов с большим пальцем в ответ на вращение элемента для большого пальца вдоль указанной оси вращения, как измерено датчиком угла и на основе входных сигналов, полученных от одного или более датчиков пациента.
Недостатком известного технического решения является то, что обеспечивается определения только двух положений, а именно: полностью согнутого или полностью разогнутого пальца. Настоящее техническое решение по заявленной полезной модели выполнено с возможностью считывания промежуточных углов каждого пальца руки. Это позволяет более точно и плавно считывать положение каждого пальца.
Сущность полезной модели
Задачей, решаемой заявленной полезной моделью, является создание быстрого и безотказно работающего, простого в использовании манипулятора для работы с цифровой средой.
Технический результат заявленного технического решения заключается в повышении надежности работы устройства.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что манипулятор, содержащий основание, зафиксированное на тыльной стороне ладони, размещенный на основании корпус, внутри которого расположен блок управления и соединенные с ним шлейфом датчики Холла, и гироскоп, при этом в корпусе выполнены пазы, в которых установлены резиновые дуги, прикрепляемые к пальцам пользователя, при этом резиновые дуги установлены с возможностью вращения, причем на каждой резиновой дуге расположен постоянный магнит, а датчик Холла установлен в корпусе у основания каждой резиновой дуги.
В частном случае реализации заявленного технического решения вычислительная микросхема выполнена с возможностью сбора данных со всех пяти пальцев в режиме реального времени, а также выполнена с возможностью фильтрации мелких шумом сенсоров, нормализации и передачи данных на подключенное к руке-манипулятору устройство по каналу беспроводной связи.
В частном случае реализации заявленного технического решения основание выполнено кожаным и зафиксировано на тыльной стороне ладони пользователя посредством ремешков.
В частном случае реализации заявленного технического решения корпус выполнен из пластика.
В частном случае реализации заявленного технического решения постоянный магнит зафиксирован на дуге посредством накладки, выполненной из пластика.
В частном случае реализации заявленного технического решения резиновая дуга закреплена на фаланге пальца посредством резинового кольца.
В частном случае реализации заявленного технического решения беспроводная передача данных выполнена по протоколу BLUETOOTH.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего технического решения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации с использованием чертежей, на которых показано:
Фиг. 1 - общий вид.
Фиг. 2 - вид на магнит и датчик Холла, размещенный у основания пальца.
Фиг. 3-а) положение пальца в распрямленном состоянии; б) положение пальца в согнутом состоянии.
На фигурах цифрами обозначены следующие конструктивные элементы:
1 - пластиковый корпус; 2 - кнопка управления питанием; 3 - разъем для подзарядки аккумулятора; 4 - кожаное основание; 5 - ремешки для фиксации; 6 - датчик Холла; 7 - пластиковая накладка; 8 - резиновая дуга; 9 - съемное кольцо из гибкой резины; 10 - магнит.
Раскрытие технического решения
Заявленное техническое решение представляет собой беспроводной манипулятор (контроллер "перчатка"), повторяющий анатомическое положение руки и передающий данные на подключенное устройство (компьютер, смартфон), после чего эти данные можно использовать как для визуализации рук в дополненной и виртуальной реальности (вызов событий при определенных жестах и взаимодействие с виртуальными объектами), так и для управления мультимедийными приложениями: запуск / остановка видеоплеера, масштабирование и вращение моделей в программах для создания 3D-графики.
Устройство выполнено в виде кожаного основания (4), размещаемого и фиксируемого на тыльной стороне ладони пользователя посредством ремешков (5).
На кожаном основании закреплен корпус (1).
Корпус (1) выполнен пластиковым, внутри которого расположено пять датчиков Холла (6), по одному на каждый палец, при этом датчики соединены шлейфом с блоком управления, также расположенным внутри упомянутого корпуса (1). Внутри упомянутого корпуса также расположен гироскоп, который электрически соединен с упомянутым блоком. Электрическое питание манипулятора осуществляется посредством аккумулятора, расположенного в корпусе (1) под блоком управления.
В пластиковом корпусе выполнены пазы, для установки резиновых дуг (8).
Резиновые дуги (8) размещены в пластиковом корпусе (1) с возможностью вращения, при этом оси вращения у основания пальцев выполнены в виде резиновых дуг, что защищает схему от возможных заклиниваний, при этом гибкость резины предотвращает возможную механическую поломку оси в отличие от пластика.
У основания каждой резиновой дуги (8) расположен постоянный магнит (10). Магнит (10) зафиксирован на резиновой дуге (8) посредством пластиковой накладки (7), при этом в корпусе (1) у основания каждого пальца расположен датчик Холла. Таким образом, каждый палец выполнен в виде резиновой дуги (8) с постоянным магнитом и датчиком Холла, расположенным в корпусе (1).
Резиновая дуга (8), закрепленная на фаланге пальца одним концом посредством кольца (9) и на оси другим, выполняет роль передаточного механизма. При разогнутом пальце резиновая дуга (8) отдаляет расположенный внутри магнит (10) от оси с датчиком. При согнутом пальце расстояние между магнитом и датчиком уменьшается.
Блок управления (в некоторых вариантах реализации может быть выполнен на базе системы на кристалле, например ESP32) в режиме реального времени осуществляет сбор данных с датчиков Холла всех пяти пальцев, фильтрует мелкие шумы сенсоров, нормализует данные и передает их на подключенное к перчатке устройство по каналу беспроводной связи.
Блок управления выполнен с возможностью включения и выключение устройства, обеспечения беспроводного передачи обработанных данных на любое подключенное устройство (BLUETOOTH). Блок управления манипулятора выполнен с возможностью получения/приема данных (опрашивания) гироскопа (может быть выполнен на базе MPU9250, IMU-сенсор) и датчиков Холла, а также транслирования (преобразования, перевода) данных, полученных от гироскопа в углы поворота кисти, а данные сдатчиков холла в углы сгиба пальцев. Затем эти данные по Bluetooth отправляются на подключенное внешнее устройство, где они используются в зависимости от запущенной программы.
Данные с датчиков Холла переводятся блоком управления в цифровое значение в ограниченном диапазоне при максимальном приближении и максимальном удалении магнита от датчика. При максимально согнутом пальце магнит, находящийся в оси-резинке максимально приближен к датчику Холла, находящемся в корпусе (1) под резинкой у основания пальца.
Считываемый аналоговый сигнал с датчика переводится в цифровой при помощи блока управления, расположенного в корпусе устройства.
При максимально разогнутом пальце аналоговый сигнал сдатчика Холла принимает минимально возможное значение и также переводится в цифровое значение блоком управления для дальнейшей обработки.
Для удобства обработки сигналов максимальный полученный сигнал с датчика Холла переводится блоком управления в значение 255, минимальное показание с датчика Холла интерпретируется как 0 (нуль) (Загнутый на половину палец выдаст значение 128).
В единицу времени данные от всех пальцев являются массивом из 5 цифровых значений от 0 до 255 и хранятся в памяти блока обработки.
Манипулятор выполнен с возможностью беспроводной передачи данных (например, по Bluetooth на подключенное устройство для дальнейшего их использования для управления различными интерактивными приложениями, симуляцией курсора и клавиатуры, либо игровых VR приложений.
Манипулятор может быть использован, например, в качестве симулятора компьютерной мыши - углы поворота переводятся в позицию курсора. Резкое сжатие и распрямление указательного пальца вызывают клик левой кнопки мыши.
Манипулятор может быть использован, например, в качестве джойстика для компьютерной игры, например жанра шутера, при этом стрельба ведется движением указательного пальца, а камера игрока поворачивается гироскопом.

Claims (8)

1. Беспроводной манипулятор, содержащий основание, зафиксированное на тыльной стороне ладони, размещенный на основании корпус, внутри которого расположен блок управления и соединенные с ним шлейфом датчики Холла, и гироскоп, при этом в корпусе выполнены пазы, в которых установлены резиновые дуги, прикрепляемые к пальцам пользователя, при этом резиновые дуги установлены с возможностью вращения, причем на каждой резиновой дуге расположен постоянный магнит, а датчик Холла установлен в корпусе у основания каждой резиновой дуги.
2. Беспроводной манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что блок управления выполнен с возможностью получения данных со всех пяти пальцев в режиме реального времени, а также выполнен с возможностью фильтрации шумов сенсоров, нормализации и передачи данных на подключенное к манипулятору устройство по каналу беспроводной связи.
3. Беспроводной манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что блок управления манипулятора выполнен с возможностью получения данных (опрашивания) гироскопа и датчиков Холла, а также преобразования данных, полученных от гироскопа, в углы поворота кисти, а данные с датчиков Холла - в углы сгиба пальцев.
4. Беспроводной манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что основание выполнено кожаным и зафиксировано на тыльной стороне ладони пользователя посредством ремешков.
5. Беспроводной манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен из пластика.
6. Беспроводной манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что постоянный магнит зафиксирован на дуге посредством накладки, выполненной из пластика.
7. Беспроводной манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что резиновая дуга закреплена на фаланге пальца посредством резинового кольца.
8. Беспроводной манипулятор по п. 2, отличающийся тем, что блок управления выполнен с возможностью осуществления беспроводной передачи данных по протоколу BLUETOOTH.
RU2021124162U 2021-08-13 2021-08-13 Беспроводной манипулятор RU209165U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021124162U RU209165U1 (ru) 2021-08-13 2021-08-13 Беспроводной манипулятор

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021124162U RU209165U1 (ru) 2021-08-13 2021-08-13 Беспроводной манипулятор

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU209165U1 true RU209165U1 (ru) 2022-02-03

Family

ID=80215202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021124162U RU209165U1 (ru) 2021-08-13 2021-08-13 Беспроводной манипулятор

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU209165U1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8421448B1 (en) * 2010-01-28 2013-04-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Hall-effect sensor system for gesture recognition, information coding, and processing
US20130100169A1 (en) * 2011-10-25 2013-04-25 Kye Systems Corp. Input device and method for zooming an object using the input device
US20140085177A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Nokia Corporation Method and apparatus for responding to input based upon relative finger position
RU187548U1 (ru) * 2017-10-27 2019-03-12 Федоров Александр Владимирович Перчатка виртуальной реальности
US10481689B1 (en) * 2018-01-10 2019-11-19 Electronic Arts Inc. Motion capture glove

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8421448B1 (en) * 2010-01-28 2013-04-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Hall-effect sensor system for gesture recognition, information coding, and processing
US20130100169A1 (en) * 2011-10-25 2013-04-25 Kye Systems Corp. Input device and method for zooming an object using the input device
US20140085177A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Nokia Corporation Method and apparatus for responding to input based upon relative finger position
RU187548U1 (ru) * 2017-10-27 2019-03-12 Федоров Александр Владимирович Перчатка виртуальной реальности
US10481689B1 (en) * 2018-01-10 2019-11-19 Electronic Arts Inc. Motion capture glove

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10534431B2 (en) Tracking finger movements to generate inputs for computer systems
US9746933B2 (en) Systems and methods for natural motion interaction with a virtual environment
CN108268131B (zh) 用于手势辨识的控制器及其手势辨识的方法
Marrin et al. The Digital Baton: a Versatile Performance Instrument.
KR102131977B1 (ko) 착용가능 무선 hmi 디바이스
Perng et al. Acceleration sensing glove (ASG)
CN206162394U (zh) 一种基于触感反馈的用于虚拟现实环境的动作捕捉系统
EP2634670A1 (en) A data input device
WO2018077255A1 (zh) 一种多自由度识别动作追踪的形状触感式外骨骼机械手套
US11209916B1 (en) Dominant hand usage for an augmented/virtual reality device
RU187548U1 (ru) Перчатка виртуальной реальности
WO2020087999A1 (zh) 带有力反馈的手部动作捕获装置
US20210389829A1 (en) Device having an antenna, a touch pad, and/or a charging pad to control a computing device based on user motions
US20220155866A1 (en) Ring device having an antenna, a touch pad, and/or a charging pad to control a computing device based on user motions
RU209165U1 (ru) Беспроводной манипулятор
KR100907103B1 (ko) 장갑 기반 휴먼 컴퓨터 인터페이스 장치
RU2670649C9 (ru) Способ изготовления перчатки виртуальной реальности (варианты)
CN105302451A (zh) 一种手势输入装置
CN102135794A (zh) 掌指互动变化的3d无线鼠标
Calvo et al. Pointing devices for wearable computers
CN203982351U (zh) 一种手势输入装置
CN108958479B (zh) 基于数据手套的通用三维虚拟场景实时交互方法
CN110209270A (zh) 一种数据手套、数据手套系统、校正方法及存储介质
CN210776589U (zh) 一种贴附式手部动作捕捉系统
US20210318759A1 (en) Input device to control a computing device with a touch pad having a curved surface configured to sense touch input