RU214318U1 - ROBOTIZED ELECTRIC WHEELCHAIR WITH A MULTIMODAL HUMAN-MACHINE INTERFACE - Google Patents
ROBOTIZED ELECTRIC WHEELCHAIR WITH A MULTIMODAL HUMAN-MACHINE INTERFACE Download PDFInfo
- Publication number
- RU214318U1 RU214318U1 RU2022121138U RU2022121138U RU214318U1 RU 214318 U1 RU214318 U1 RU 214318U1 RU 2022121138 U RU2022121138 U RU 2022121138U RU 2022121138 U RU2022121138 U RU 2022121138U RU 214318 U1 RU214318 U1 RU 214318U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frame
- screw connection
- attached
- armrest
- fixed
- Prior art date
Links
- 238000004805 robotic Methods 0.000 claims abstract description 9
- 210000003128 Head Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 230000004807 localization Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 210000001364 Upper Extremity Anatomy 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001771 impaired Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 241001139947 Mida Species 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области реабилитационной медицины, а именно к интеллектуальным инвалидным электроколяскам, и может быть использована в качестве транспортного средства для людей с ограниченными возможностями. Техническим результатом является возможность управления инвалидной электроколяской людям с нарушениями моторики верхних конечностей, для которых использование стандартных средств управления затруднительно. Для его достижения предложена роботизированная инвалидная электроколяска с мультимодальным человеко-машинным интерфейсом, состоящая из каркаса, в нижней передней части которого винтовым соединением присоединены два электродвигателя, соединенные с двумя большими колесами, а в нижней задней два малых колеса, при этом в верхней части каркаса винтовым соединением закреплен фиксатор для головы, а по бокам сваркой присоединены левый подлокотник и правый подлокотник, с присоединенным к нему клепкой джойстиком, при этом в нижней передней части каркаса сваркой закреплен фиксатор для ног, в центральной части каркаса клепкой соединено сиденье, в задней нижней части каркаса винтовым соединением соединена панель включения и зарядки, при этом в задней центральной части каркаса винтовым соединением присоединены энцефалограф, ЭВМ и миограф, к левому подлокотнику клепкой присоединена тактильная кнопка, располагающаяся с переднего края подлокотника, к каркасу и правому подлокотнику клепкой присоединена штанга для айтрекера, с закрепленным на ней винтовым соединением айтрекером и, с закрепленными винтовым соединением на его краях двумя ограничительными маркерами, при этом к каркасу и левому подлокотнику клепкой присоединен кронштейн, к которому винтовым соединением присоединен сенсорный монитор, к верхней кромке которого приклеена камера с микрофоном, направленная в сторону фиксатора для головы, в передней части которого с каждой стороны приклеены по два локализационных маркера, при этом ЭВМ соединена с айтрекером, джойстиком, тактильной кнопкой, энцефалографом, миографом, сенсорным экраном и камерой с микрофоном проводами, которые хомутами прикреплены к каркасу. 2 ил. The utility model relates to the field of rehabilitation medicine, namely to intelligent electric wheelchairs, and can be used as a vehicle for people with disabilities. The technical result is the ability to control a wheelchair for people with impaired motor skills of the upper limbs, for whom the use of standard controls is difficult. To achieve it, a robotic electric wheelchair with a multimodal human-machine interface is proposed, consisting of a frame, in the lower front part of which two electric motors are connected with two large wheels, and in the lower rear part there are two small wheels, while in the upper part of the frame with a screw a clamp for the head is fixed by connection, and the left armrest and the right armrest are welded on the sides, with a joystick attached to it by riveting, while a clamp for legs is fixed by welding in the lower front part of the frame, a seat is riveted in the central part of the frame, in the rear lower part of the frame the power and charging panel is connected with a screw connection, while in the rear central part of the frame, an encephalograph, a computer and a myograph are connected with a screw connection, a tactile button located at the front edge of the armrest is attached to the left armrest with a riveting, a tactile button is attached to the frame and the right armrest with a riveting a rod for an eye tracker, with an eye tracker fixed on it with a screw connection and, with two restrictive markers fixed at its edges with a screw connection, at the same time, a bracket is riveted to the frame and the left armrest, to which a touch monitor is attached by a screw connection, to the upper edge of which a camera with microphone, directed towards the head holder, in the front part of which two localization markers are glued on each side, while the computer is connected to the eye tracker, joystick, tactile button, encephalograph, myograph, touch screen and camera with microphone by wires that are attached to the frame. 2 ill.
Description
Область техникиTechnical field
Полезная модель относится к области реабилитационной медицины, а именно к роботизированным (интеллектуальным) инвалидным электроколяскам, и может быть использована в качестве транспортного средства для людей с ограниченными возможностями.The utility model relates to the field of rehabilitation medicine, namely to robotic (intelligent) electric wheelchairs, and can be used as a vehicle for people with disabilities.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известна интеллектуальная инвалидная электроколяска, использующая панель управления с регистрацией движений глазных яблок (Smart wheelchair based on eyeball control screen, патент CN 108524121 A), состоящая из электроколяски, устройства сбора информации и устройства регистрации движения глазных яблок, недостатком которого является управление электроколяской посредством одного устройства - устройства регистрации движения глазных яблок, и без какой-либо подтверждения (верификации) управляющего сигнала.Known from the prior art is an intelligent electric wheelchair using a control panel with registration of eyeball movements (Smart wheelchair based on eyeball control screen, patent CN 108524121 A), consisting of an electric wheelchair, an information collection device and an eyeball movement registration device, the disadvantage of which is the control of the electric wheelchair by means of one device - a device for recording the movement of the eyeballs, and without any confirmation (verification) of the control signal.
Наиболее близкой по технической сущности (прототипом) является конструкция интеллектуальной инвалидной электроколяски (патент CN 210644374 U), состоящей из электроколяски, энцефалографа, мотора, источника питания, одноплатного компьютера, средства распознавания голоса. Недостатком данной конструкции является отсутствие средства верификации управляющего сигнала от пользователя и малое число средств фиксации активности пользователя. Активность пользователя распознается только через энцефалограф и средство распознавания голоса.The closest in technical essence (prototype) is the design of an intelligent electric wheelchair (patent CN 210644374 U), consisting of an electric wheelchair, an encephalograph, a motor, a power source, a single-board computer, a voice recognition tool. The disadvantage of this design is the lack of means for verifying the control signal from the user and a small number of means for fixing user activity. User activity is recognized only through the encephalograph and voice recognition.
Вышеперечисленные инвалидные электроколяски обладают рядом общих недостатков, ограничивающих их применение в предметной области:The above electric wheelchairs have a number of common disadvantages that limit their use in the subject area:
- небольшое число интерфейсов управления (не более двух в каждом патенте) заметно ограничивает число людей с инвалидностью, которым такие методы управления доступны;- a small number of control interfaces (no more than two in each patent) significantly limits the number of people with disabilities to whom such control methods are available;
- отсутствует верификация сигналов от используемых интерфейсов.- there is no verification of signals from the used interfaces.
Пользователем невозможна постоянная концентрация на управлении, из-за этого неизбежно возникают ложные срабатывания, и как следствие - уменьшается точность управления. Частным примером непреднамеренных управляющих воздействий является проблема «прикосновения Мидаса», возникающая при глазоуправлении - взгляд человека непроизвольно перемещается к объектам, возникающим в его поле зрения.It is impossible for the user to constantly concentrate on control, because of this, false alarms inevitably occur, and as a result, control accuracy decreases. A particular example of unintentional control actions is the “Midas touch” problem that occurs during eye control - a person’s gaze involuntarily moves to objects that appear in his field of vision.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является совершенствование средств мобильности инвалидов.The technical problem to be solved by the claimed utility model is the improvement of mobility aids for the disabled.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Техническим результатом является возможность управления инвалидной электроколяской людьми с нарушениями моторики верхних конечностей, для которых использование стандартных средств управления затруднительно.The technical result is the ability to control a wheelchair for people with impaired motor skills of the upper limbs, for whom the use of standard controls is difficult.
Для достижения технического результата предложена роботизированная инвалидная электроколяска с мультимодальным человеко-машинным интерфейсом, состоящая из каркаса, в нижней передней части которого винтовым соединением присоединены два электродвигателя, соединенные с двумя большими колесами, а в нижней задней два малых колеса, при этом, в верхней части каркаса винтовым соединением закреплен фиксатор для головы, а по бокам сваркой присоединены левый подлокотник и правый подлокотник, с присоединенным к нему клепкой джойстиком, при этом, в нижней передней части каркаса сваркой закреплен фиксатор для ног, в центральной части каркаса клепкой соединено сиденье, в задней нижней части каркаса винтовым соединением соединена панель включения и зарядки, при этом, в задней центральной части каркаса винтовым соединением присоединены энцефалограф, ЭВМ и миограф, к левому подлокотнику клепкой присоединена тактильная кнопка, располагающаяся с переднего края подлокотника, к каркасу и правому подлокотнику клепкой присоединена штанга для айтрекера, с закрепленным на ней винтовым соединением айтрекером и, с закрепленными винтовым соединением на его краях двумя ограничительными маркерами, при этом, к каркасу и левому подлокотнику, клепкой присоединен кронштейн, к которому винтовым соединением присоединен сенсорный монитор, к верхней кромке которого приклеена камера с микрофоном, направленная в сторону фиксатора для головы, в передней части которого с каждой стороны приклеены по два локализационных маркера, при этом, ЭВМ соединена с айтрекером, джойстиком, тактильной кнопкой, энцефалографом, миографом, сенсорным экраном и камерой с микрофоном проводами, которые хомутами прикреплены к каркасу.To achieve a technical result, a robotic electric wheelchair with a multimodal human-machine interface is proposed, consisting of a frame, in the lower front part of which two electric motors are connected with two large wheels, and in the lower rear part, two small wheels, while in the upper part of the frame, a fixator for the head is fixed with a screw connection, and the left armrest and the right armrest are attached to the sides by welding, with a joystick attached to it by riveting, while, in the lower front part of the frame, a fixator for the legs is fixed by welding, in the central part of the frame the seat is connected by riveting, in the rear the lower part of the frame is connected with a screw connection to the power and charging panel, while in the rear central part of the frame an encephalograph, a computer and a myograph are connected with a screw connection, a tactile button located on the front edge of the armrest is attached to the left armrest with a riveting, to the frame and the right armrest a rod for an eye tracker is attached with a riveting, with an eye tracker fixed on it with a screw connection and, with a screw connection fixed at its edges, two restrictive markers, at the same time, a bracket is attached to the frame and the left armrest with a riveting, to which a touch monitor is attached by a screw connection, to the upper on the edge of which a camera with a microphone is glued, directed towards the head holder, in the front part of which two localization markers are glued on each side, while the computer is connected to the eye tracker, joystick, tactile button, encephalograph, myograph, touch screen and camera with microphone wires that are attached to the frame with clamps.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фиг. 1 показано схематичное изображение роботизированной инвалидной электроколяски с мультимодальным человеко-машинным интерфейсом, изометрическая проекция, вид спереди, на фиг. 2 - схематичное изображение роботизированной инвалидной электроколяски с мультимодальным человеко-машинным интерфейсом, изометрическая проекция, вид сзади где:In FIG. 1 shows a schematic representation of a robotic electric wheelchair with a multimodal human-machine interface, isometric projection, front view, in Fig. 2 is a schematic representation of a robotic wheelchair with a multimodal human-machine interface, isometric projection, rear view where:
1 - большое колесо;1 - big wheel;
2 - малое колесо;2 - small wheel;
3 - сиденье;3 - seat;
4 - подлокотник левый;4 - left armrest;
5 - фиксатор для ног;5 - fixator for legs;
6 - фиксатор для головы;6 - fixator for the head;
7 - ЭВМ;7 - computer;
8 - электродвигатель;8 - electric motor;
9 - подлокотник правый;9 - right armrest;
10 - локализационный маркер;10 - localization marker;
11 - ограничительный маркер;11 - limit marker;
12 - айтрекер;12 - eye tracker;
13 - штанга для айтрекера;13 - rod for the eye tracker;
14 - камера с микрофоном;14 - camera with microphone;
15 - сенсорный монитор;15 - touch monitor;
16 - кронштейн;16 - bracket;
17 - джойстик;17 - joystick;
18 - тактильная кнопка;18 - tactile button;
19 - энцефалограф;19 - encephalograph;
20 - миограф;20 - myograph;
21 - панель включения и зарядки;21 - power and charging panel;
22 - каркас.22 - frame.
Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model
Основу роботизированной инвалидной электроколяски с мультимодальным человеко-машинным интерфейсом составляет инвалидная электроколяска, включающая в себя два электродвигателя 8, винтовым соединением соединенных с каркасом 22 электроколяски. К каждому двигателю прикреплено большое колесо 1. Два малых колеса 2 крепятся через шарнирное соединение к каркасу 22 электроколяски. Сиденье 3 закреплено на каркасе на заклепках, с левой стороны каркаса сваркой приварен левый подлокотник 4, с правой - правый подлокотник 9, спереди - фиксатор для ног 5. На уровне головы пользователя к каркасу 22 винтовым соединением присоединен фиксатор для головы 6. Сзади электроколяски на уровне колес винтовым соединением к каркасу 22 прикреплена панель включения и зарядки 21.The basis of a robotic wheelchair with a multimodal human-machine interface is a wheelchair, which includes two
К электроколяске различными сборочными операциями прикреплены интерфейсы: айтрекер 12 сочленен через шарнир со штангой для айтрекера 13, два ограничительных маркера 11 винтовым соединением соединены со штангой для айтрекера 13, присоединенной заклепками к каркасу 22 электроколяски и правому подлокотнику 9. Камера с микрофоном 14 приклеена к верхней кромке сенсорного монитора 15, который винтовым соединением соединен с кронштейном 16, который на заклепках присоединен к каркасу электроколяски и левому подлокотнику 4. Джойстик 17 прикреплен на заклепках к правому подлокотнику 9, а тактильная кнопка 18 прикреплена на заклепках к левому подлокотнику 4. Энцефалограф 19 винтовым соединением закреплен к каркасу электроколяски сзади, под ним располагается миограф 20, который также винтовым соединением соединен с каркасом.Interfaces are attached to the electric wheelchair by various assembly operations: the
Четыре локализационных маркера 10 приклеены к фиксатору для головы 6 спереди - по два с каждой стороны. Правее энцефалографа 19 на одном уровне с ним располагается ЭВМ 7, которая при помощи винтового соединения прикреплена к каркасу 22 электроколяски. Все интерфейсы проводами соединены с ЭВМ 7. Провода хомутами прикреплены к каркасу 22Four
После включения электропитания с помощью панели включения и зарядки 21, пользователь выбирает режим управления и приступает к управлению электроколяской через интерфейсы, используемые в выбранном режиме. Для управления человеком техническими объектами, является мультимодальный человеко-машинный интерфейс (ММЧМИ). Он реализован и при управлении электроколяской.After turning on the power using the power and
Команда управления электроколяской формируется на основе входных сигналов от человека-оператора, регистрируемых и обрабатываемых ММЧМИ. На вход ММЧМИ подаются сигналы трех типов: командный (формирует управляющий сигнал), подтверждающий (верификация командных сигналов) и режимный (переключение режимов управления). При использовании ММЧМИ не обязательно задействовать все три входа. На подтверждающий вход одновременно могут подаваться сигналы с разных интерфейсов - верификация выполнится по первому положительному сигналу от них. Один и тот же интерфейс может быть задействован на нескольких входах ММЧМИ - в зависимости от режима управления он играет разную роль в формировании управляющего сигнала. Подход с использованием ММЧМИ позволяет делать управление точнее и надежнее, исключая случайные срабатывания. Комбинирование интерфейсов и входов ММЧМИ позволяет подобрать режим, наиболее предпочтительный для конкретного пользователя, исходя из индивидуальных особенностей его организма и состояния, вследствие чего и повышается мобильность пользователей - людей с инвалидностью.The wheelchair control command is formed on the basis of input signals from the human operator, registered and processed by the MMMMI. Three types of signals are fed to the MMMMI input: command (forms a control signal), confirming (verification of command signals) and mode (switching control modes). When using MMMI, it is not necessary to use all three inputs. The confirmation input can simultaneously receive signals from different interfaces - verification will be performed on the first positive signal from them. The same interface can be used at several inputs of the MMMI - depending on the control mode, it plays a different role in the formation of the control signal. The MFMMI approach makes it possible to make the control more accurate and reliable, excluding accidental operation. Combining the interfaces and inputs of the MMMMI allows you to choose the most preferable mode for a particular user, based on the individual characteristics of his body and condition, as a result of which the mobility of users - people with disabilities increases.
Примером реализации полезной модели является роботизированная инвалидная электроколяска с мультимодальным человеко-машинным интерфейсом лаборатории Робототехники НИЦ «Курчатовский Институт», изготовленной на заводе - изготовителе, используемая в научно-исследовательской деятельности в нескольких лабораториях. Управляется в одном из нескольких режимов:An example of the implementation of the utility model is a robotic electric wheelchair with a multimodal human-machine interface of the Robotics Laboratory of the National Research Center "Kurchatov Institute", manufactured at the manufacturer, used in research activities in several laboratories. Managed in one of several modes:
- глазоджойстик. Перемещая взгляд, пользователь управляет скоростью и направлением движения - взгляд вверх-вниз отвечает за величину скорости, влево-вправо - отклонение влево или право от движения по прямой;- eye joystick. By moving the view, the user controls the speed and direction of movement - a look up and down is responsible for the amount of speed, left and right - a deviation to the left or right from moving in a straight line;
- глазоуправление через виртуальный экран. Охватываемая айтрекером 12 зона работы пользователем представляется как виртуальный экран (границы которого отмечены двумя ограничительными маркерами 11) и разбивается на девять виртуальных областей (квадрат 3×3). Когда взгляд направлен в верхнюю левую область, электроколяска едет левее; верхнюю центральную - прямо; верхнюю правую - правее; левую во втором ряду - разворачивается налево на месте; центральную во втором ряду - останавливается; правую во втором ряду - разворачивается направо на месте; нижнюю центральную - едет назад;- eye control through a virtual screen. The work area covered by the
- автономное перемещение в задаваемую точку. Пользователь фиксирует взгляд на некоторой точке наблюдаемого пространства, в которую бы он хотел поехать. При отдаче подтверждения электроколяска автоматически двигается в указанную точку без участия пользователя;- autonomous movement to a given point. The user fixes his gaze on some point in the observed space, to which he would like to go. When confirmation is given, the electric wheelchair automatically moves to the specified point without user intervention;
- управление через голосовые команды. Пользователь голосом отдает одну из команд: «коляска вперед», «коляска назад», «коляска налево», «коляска направо», «коляска стоп». Электроколяска выполняет соответствующее действие в течение фиксированного времени;- control via voice commands. The user gives one of the commands by voice: "carriage forward", "carriage back", "carriage to the left", "carriage to the right", "carriage stop". The electric wheelchair performs the corresponding action within a fixed time;
- управление джойстиком. Управления электроколяской с использованием джойстика 17.- joystick control. Electric wheelchair
Предложенная конструкция обладает следующими преимуществами перед известными решениями:The proposed design has the following advantages over the known solutions:
- при управлении электроколяской учитываются физические возможности оператора - человека с инвалидностью, и выбирается подходящий под конкретно его ограничения и особенности интерфейс управления;- when driving an electric wheelchair, the physical capabilities of the operator - a person with a disability are taken into account, and the control interface suitable for his specific limitations and features is selected;
- при управлении электроколяской возможна верификация управляющего сигнала от основного интерфейса через другие интерфейсы;- when driving an electric wheelchair, it is possible to verify the control signal from the main interface through other interfaces;
- при управлении электроколяской возможно получение обратной связи (состояние электроколяски - оператор) через неиспользуемые для управления интерфейсы.- when driving an electric wheelchair, it is possible to receive feedback (the state of the electric wheelchair - the operator) through interfaces that are not used for control.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU214318U1 true RU214318U1 (en) | 2022-10-21 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108524121A (en) * | 2018-04-04 | 2018-09-14 | 西安电子科技大学 | The intelligent wheel chair of screen is controlled based on eyeball |
RU194089U1 (en) * | 2018-11-22 | 2019-11-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновация-Н" | DISABLED STROLLER WITH A STAINLESS CHANGE IN THE DISTANCE BETWEEN THE REAR WHEELS |
CN210644374U (en) * | 2019-07-16 | 2020-06-02 | 南宁职业技术学院 | Intelligent wheelchair |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108524121A (en) * | 2018-04-04 | 2018-09-14 | 西安电子科技大学 | The intelligent wheel chair of screen is controlled based on eyeball |
RU194089U1 (en) * | 2018-11-22 | 2019-11-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновация-Н" | DISABLED STROLLER WITH A STAINLESS CHANGE IN THE DISTANCE BETWEEN THE REAR WHEELS |
CN210644374U (en) * | 2019-07-16 | 2020-06-02 | 南宁职业技术学院 | Intelligent wheelchair |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Deng et al. | A bayesian shared control approach for wheelchair robot with brain machine interface | |
Barea et al. | Wheelchair guidance strategies using EOG | |
Barea et al. | System for assisted mobility using eye movements based on electrooculography | |
Bastos-Filho et al. | Towards a new modality-independent interface for a robotic wheelchair | |
Ktena et al. | A virtual reality platform for safe evaluation and training of natural gaze-based wheelchair driving | |
Megalingam et al. | IR sensor-based gesture control wheelchair for stroke and SCI patients | |
Maksud et al. | Low-cost EEG based electric wheelchair with advanced control features | |
KR101458002B1 (en) | Intelligent wheelchair robot based on biometrics for rehabilitation of upper limb and lower limb | |
Faria et al. | Patient classification and automatic configuration of an intelligent wheelchair | |
Cheng et al. | Mind-Wave controlled robot: an arduino robot simulating the wheelchair for paralyzed patients | |
Law et al. | A cap as interface for wheelchair control | |
RU214318U1 (en) | ROBOTIZED ELECTRIC WHEELCHAIR WITH A MULTIMODAL HUMAN-MACHINE INTERFACE | |
Li et al. | An egocentric computer vision based co-robot wheelchair | |
Sajid et al. | Design of an intelligent wheelchair for handicap people conducting by body movement | |
Meena et al. | Emohex: An eye tracker based mobility and hand exoskeleton device for assisting disabled people | |
Barea et al. | Guidance of a wheelchair using electrooculography | |
Sandoval-Bringas et al. | Electronic device adaptable to motorized wheelchair as smart navigation system | |
Kuo et al. | Eyeglasses based electrooculography human-wheelchair interface | |
Vorobyov et al. | Concept of cost-effective power-assisted wheelchair: Human-in-the-loop subsystem | |
CN205721637U (en) | Walking-replacing tool system | |
Maskeliunas et al. | Multimodal wheelchair control for the paralyzed people | |
Wahyufitriyani et al. | Review of intelligent wheelchair technology control development in the last 12 years | |
Zhang et al. | Research on multi-modal interactive control for quadrotor uav | |
Megalingam et al. | Design, analysis and performance evaluation of a hand gesture platform for navigation | |
Arboleda et al. | Development of a low-cost electronic wheelchair with obstacle avoidance feature |