RU2197746C2 - "wonder turtle" handler (alternatives) - Google Patents
"wonder turtle" handler (alternatives) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2197746C2 RU2197746C2 RU99107717/09A RU99107717A RU2197746C2 RU 2197746 C2 RU2197746 C2 RU 2197746C2 RU 99107717/09 A RU99107717/09 A RU 99107717/09A RU 99107717 A RU99107717 A RU 99107717A RU 2197746 C2 RU2197746 C2 RU 2197746C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotation
- manipulator
- frame
- 2kke
- elements
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам ручного ввода информации в компьютер. The invention relates to devices for manually entering information into a computer.
Уровень техники
Известен ряд конструкций двух- и трехкоординатных манипуляторов типа "мышь", например, некоторые конструкции описаны в
[1] Патент России SU 1737473 A1 от 30.05.92.State of the art
A number of designs of two- and three-coordinate manipulators of the mouse type are known, for example, some designs are described in
[1] Russian Patent SU 1737473 A1 dated 05/30/92.
[2] Прохоров В. В. Трехкоординатный манипулятор графической информации "черепаха". Патент России RU 2123201 С1, 31.03.97. [2] Prokhorov VV. Three-dimensional graphic information manipulator "turtle". Patent of Russia RU 2123201 C1, 03/31/97.
[3] Olson, L.T. Inertial mouse system. Patent US 4787051, Nov.22, 1988. [3] Olson, L.T. Inertial mouse system. Patent US 4787051, Nov.22, 1988.
[4] Lawrence, James G.; Diaz, Oscar R.; Erdmann (Jr.), Robert E. Point and select device. Patent US 4939508A, July 07, 1990 (Oct. 31, 1988). [4] Lawrence, James G .; Diaz, Oscar R .; Erdmann (Jr.), Robert E. Point and select device. Patent US 4,939,508, July 07, 1990 (Oct. 31, 1988).
[5] Glynn, B. J. Computer apparatus input device for three-dimensional information. Patent US 5181181, Sep. 27, 1990. [5] Glynn, B. J. Computer apparatus input device for three-dimensional information. Patent US 5181181, Sep. 27, 1990.
[6] Gorniak, A.M. System and apparatus for providing three dimensions of input into a host processor. Patent US 4961138, Oct. 2, 1990. [6] Gorniak, A.M. System and apparatus for providing three dimensions of input into a host processor. Patent US 4961138, Oct. 2, 1990.
Конструкция [1] включает перемещаемый оператором рукой по столу корпус, в котором установлен двухкоординатный датчик перемещения, состоящий из шара, расположенного в гнезде корпуса и соприкасающегося с рабочей поверхностью под действием собственного веса, кинематически связанных с шаром двух валиков, величина угла поворота каждого из которых регистрируется датчиком, с каждым из валиков соединены флажки, направление отклонения которых регистрируется еще двумя датчиками. The design [1] includes a body moved by the operator by hand on the table, in which a two-coordinate displacement sensor is installed, consisting of a ball located in the housing socket and in contact with the work surface under its own weight, kinematically connected with the ball of two rollers, the rotation angle of each of which registered by the sensor, flags are connected to each of the rollers, the direction of deviation of which is registered by two more sensors.
Одним из недостатков этой конструкции является отсутствие возможности использования обратной связи от компьютера к оператору в виде создания компьютером управляемого повышения сопротивления перемещению манипулятора оператором или инициируемого компьютером перемещения манипулятора по опорной поверхности без усилий оператора. One of the drawbacks of this design is the inability to use feedback from the computer to the operator in the form of a computer creating a controlled increase in resistance to movement of the manipulator by the operator or computer-initiated movement of the manipulator along the supporting surface without operator effort.
Сущность изобретения
Изобретение относится к устройствам ручного ввода информации в компьютер.SUMMARY OF THE INVENTION
The invention relates to devices for manually entering information into a computer.
Задача создания механической обратной связи от компьютера к оператору решена в изобретении по п. 1 формулы изобретения путем использования "двухкоординатных колесоподобных элементов" (2кКЭ) на осях, закрепленных в корпусе манипулятора. 2кКЭ обладает способностью не только катиться (в широком смысле), подобно обычному колесу, в направлении, перпендикулярном оси вращения 2кКЭ (направлении возможного качения), но и перемещаться по опорной поверхности в произвольном направлении относительно оси вращения 2кКЭ, в том числе - в направлении, перпендикулярном направлению его возможного качения, причем, все такие движения для 2кКЭ происходят без проскальзывания. Направление возможного качения является "рабочим направлением" 2кКЭ. Каждый из этих 2кКЭ может совместно с датчиком поворота участвовать в измерении компоненты перемещения некоторой связанной с 2кКЭ "рабочей точки" вдоль связанного с 2кКЭ "рабочего направления", параллельного опорной поверхности, и нечувствителен к компоненте перемещения точки измерения в направлении, перпендикулярном рабочему направлению. Каждый из этих 2кКЭ или часть их совместно с двигателем или (и) с тормозным устройством создает приложенный к "рабочей точке" направленный вдоль "рабочего направления" вектор движущей или тормозящей силы. The task of creating mechanical feedback from the computer to the operator was solved in the invention according to
В зависимости от количества используемых 2кКЭ с датчиками поворота возможно измерение манипулятором линейных перемещений (если использован 1 2кКЭ с датчиком поворота), двух координат перемещения манипулятора по опорной поверхности (при использовании 2-х 2кКЭ с датчиками поворота), а также и поворотов манипулятора относительно прямой, перпендикулярной опорной поверхности (при использовании 3-х и более элементов 2кКЭ с датчиками поворота). Depending on the number of used 2kKE with rotation sensors, the manipulator can measure linear displacements (if 1 2kKE with a rotation sensor is used), two coordinates of the manipulator movement on the supporting surface (when using 2 2kKE with rotation sensors), as well as the manipulator rotations relatively straight perpendicular to the supporting surface (when using 3 or more 2kKE elements with rotation sensors).
В изобретении по п. 2 формулы решается задача уменьшения количества двигателей при необходимости только поступательного перемещения манипулятора посредством установки нескольких 2кКЭ одинакового размера на общую ось. In the invention according to
Задача увеличения количества факторов воздействия на оператора в обратной связи от компьютера к оператору решается в изобретении по п.3 формулы посредством выполнения верхней части корпуса подвижной и применения исполнительных устройств (двигателей), позволяющих перемещать верхнюю часть корпуса относительно основания, и (или) управляемых тормозных устройств, затрудняющих ее перемещение. При этом положение подвижной верхней части корпуса относительно основания может регистрироваться дополнительно установленными на корпусе датчиками. The problem of increasing the number of factors affecting the operator in feedback from the computer to the operator is solved in the invention according to
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Некоторые из возможных инженерных решений 2кКЭ, на которых базируется устройство, представлены на фиг.1-4.Information confirming the possibility of carrying out the invention
Some of the possible engineering solutions 2kke on which the device is based, are presented in figure 1-4.
2кКЭ состоит из остова-рамы 1, оси вращения остова-рамы 3 и некоторого количества опорных тел вращения 2, которые могут свободно вращаться вокруг осей, закрепленных на периферии остова-рамы перпендикулярно оси вращения остова-рамы. При описанной конструкции 2кКЭ может за счет вращения остова-рамы вокруг оси вращения остова-рамы перемещаться в направлении, перпендикулярном оси вращения остова-рамы; при этом опорные тела вращения неподвижны относительно остова-рамы. С другой стороны, 2кКЭ может перемещаться по опорной поверхности в направлении вдоль оси вращения остова-рамы за счет вращения опорного тела вращения, соприкасающегося с опорной поверхностью, вокруг своей оси (всех таких опорных тел вращения вокруг своих осей, если их несколько), при этом остов-рама не поворачивается относительно вращения остова-рамы. При движении устройства в произвольном направлении могут вращаться и остов-рама, и опорные тела вращения. 2kKE consists of a skeleton-
Одно возможное инженерное решение устройства "Манипулятор "Самоходная черепаха Прохорова Wonder Turtle"" представлено на фиг.5. В данном случае применены 3 элемента 2кКЭ 2 на осях 3, с которыми соединены двигатель и датчик поворота и (или) управляемое тормозное устройство 4; оси 3 установлены на корпусе с возможностью вращения на опорах 6. One possible engineering solution of the device "Manipulator" Self-propelled turtle Prokhorov Wonder Turtle "" is presented in Fig.5. In this case, 3 elements of
В зависимости от количества используемых 2кКЭ с датчиками поворота возможно измерение манипулятором линейных перемещений (если использован 1 2кКЭ с датчиком поворота), двух координат перемещения манипулятора по опорной поверхности (при использовании 2-х элементов 2кКЭ с датчиками поворота), а также и поворотов манипулятора относительно прямой, перпендикулярной опорной поверхности (при использовании 3-х и более элементов 2кКЭ с датчиками поворота). Depending on the number of used 2kKE with rotation sensors, the manipulator can measure linear displacements (if 1 2kKE with a rotation sensor is used), two coordinates of the manipulator moving along the supporting surface (when using 2 elements of 2kKE with rotation sensors), as well as the rotations of the manipulator relative to a direct, perpendicular supporting surface (when using 3 or more 2kKE elements with rotation sensors).
При использовании в манипуляторе 1-го или 2-х элементов 2кКЭ с датчиками поворота показания датчиков могут непосредственно использоваться в прикладных программах, с которыми используется манипулятор. When using 1 or 2 kKE elements with rotation sensors in the manipulator, the sensor readings can be directly used in applications with which the manipulator is used.
При использовании в манипуляторе 3-х или более элементов 2кКЭ с датчиками поворота показания датчиков можно использовать непосредственно либо после предварительного преобразования показаний датчиков дополнительным программным модулем компьютера, совместно с которым используется манипулятор, или встроенным в манипулятор микроконтроллером, в компоненты поступательного перемещения манипулятора и его поворот относительно оси, перпендикулярной опорной поверхности. When 3 or more 2kKE elements with rotation sensors are used in the manipulator, the sensor readings can be used directly or after preliminary conversion of the sensor readings by the additional software module of the computer that the manipulator is used with or the microcontroller integrated in the manipulator into the translational components of the manipulator and its rotation relative to the axis perpendicular to the supporting surface.
Покажем принципиальную возможность вычисления компонент поступательного движения и поворота манипулятора по показаниям датчиков манипулятора для случая, когда в манипуляторе использованы три элемента 2кКЭ с датчиками поворота. Будем считать, что для однокоординатных колесных датчиков, образуемых 2кКЭ с датчиками поворота, выполнены 2 условия: (1) рабочие направления 1-го и 2-го 2кКЭ не параллельны, (2) прямые, проходящие через рабочие точки 2кКЭ в рабочем направлении, не пересекаются в одной точке. Построения поясняются на фиг.6. Let us show the fundamental possibility of calculating the components of the translational motion and rotation of the manipulator according to the readings of the sensors of the manipulator for the case when three elements of 2kKE with rotation sensors are used in the manipulator. We assume that for single-axis wheel sensors formed by 2kKE with rotation sensors, 2 conditions are satisfied: (1) the working directions of the 1st and 2nd 2kKE are not parallel, (2) the straight lines passing through the 2kKE working points in the working direction are not intersect at one point. The construction is illustrated in Fig.6.
Пусть в системе координат, связанной с основанием манипулятора, рабочие точки 1-го, 2-го и 3-го 2кКЭ характеризуются векторами соответственно (это двумерные вектора). Пусть единичные векторы рабочих направлений этих 2кКЭ - Пусть ds1, ds2, ds3 - показания (либо приращения показаний) датчиков поворота этих 2кКЭ при малом перемещении манипулятора.Suppose that in the coordinate system associated with the base of the manipulator, the working points of the 1st, 2nd, and 3rd 2nd kKE are characterized by vectors respectively (these are two-dimensional vectors). Let the unit vectors of the working directions of these 2kke - Let ds 1 , ds 2 , ds 3 be the readings (or increments of readings) of the rotation sensors of these 2kKE with a small movement of the manipulator.
Пусть - произвольная фиксированная относительно основания манипулятора в данный момент времени точка опорной поверхности. Поскольку в силу вышеуказанных свойств 2кКЭ i-й датчик измеряет проекцию перемещения рабочей точки относительно опорной поверхности на рабочее направление то для любого i имеет место соотношение где - проекция указанного векторного произведения на ось, перпендикулярную опорной поверхности, - перемещение точки относительно опорной поверхности в системе координат, связанной с основанием манипулятора, dω - поворот основания манипулятора относительно оси, перпендикулярной опорной поверхности. (. ..,...) обозначает скалярное, а (...х...) - векторное произведение векторов.Let be - an arbitrary fixed point of the supporting surface relative to the base of the manipulator at a given time. Since, due to the above properties of 2 kKE, the i-th sensor measures the projection of the movement of the operating point relative to the bearing surface in the working direction then for any i the relation Where - the projection of the specified vector product on the axis perpendicular to the supporting surface, - moving point relative to the supporting surface in the coordinate system associated with the base of the manipulator, dω is the rotation of the base of the manipulator relative to the axis perpendicular to the supporting surface. (..., ...) stands for scalar, and (... x ...) is the vector product of vectors.
Выберем в качестве точки точку пересечения двух прямых, одна из которых проходит через , в направлении а другая проходит через в направлении Тогда получаем уравнения:
Обозначим φij - угол между то есть Тогда из предыдущего уравнения получаем:
Таким образом, выше получено (с точностью до обозначений), что
где - фиксированные для данного манипулятора параметры, определяемые размещением и ориентацией 2кКЭ.Choose as a point the intersection point of two lines, one of which passes through , in the direction and the other goes through in the direction Then we get the equations:
Let φ ij be the angle between i.e Then from the previous equation we get:
Thus, it was obtained above (up to the notation) that
Where - parameters fixed for this manipulator, determined by the location and orientation of 2kKE.
Если Оху - связанная с основанием манипулятора система координат в плоскости опорной поверхности, то могут быть вычислены величины
где dux и duy - составляющие поступательного движения точки манипулятора в системе координат Оху; dω - элемент вращательного движения основания манипулятора относительно оси, перпендикулярной опорной поверхности; k1x, k1y, k2x, k2y, k3x, k3y, l1, l2, l3 - фиксированные для данного манипулятора константы, определяемые размещением и ориентацией 2кКЭ на манипуляторе, а также выбором системы координат.If Ohu is the coordinate system associated with the base of the manipulator in the plane of the supporting surface, then the quantities can be calculated
where du x and du y are the components of the translational motion of the point a manipulator in the Ohu coordinate system; dω - element of the rotational movement of the base of the manipulator relative to the axis perpendicular to the supporting surface; k 1x , k 1y , k 2x , k 2y , k 3x , k 3y , l 1 , l 2 , l 3 - constants fixed for this manipulator, determined by the location and orientation of 2 kKE on the manipulator, as well as the choice of coordinate system.
Таким образом, каждая из компонент движения основания манипулятора - поступательного по опорной поверхности и поворота относительно оси, перпендикулярной опорной поверхности, - может быть вычислена умножением показаний однокоординатных колесных датчиков на некоторые коэффициенты и последующим суммированием. Эти вычисления могут быть выполнены, например, в программе компьютера, с которым используется манипулятор, либо в микроконтроллере, встроенном в сам манипулятор, поскольку команды умножения на число и сложения чисел входят в состав всех распространенных средств программирования микропроцессоров. Thus, each of the components of the movement of the base of the manipulator — translational along the support surface and rotation about an axis perpendicular to the support surface — can be calculated by multiplying the readings of the single-axis wheel sensors by some coefficients and then adding them up. These calculations can be performed, for example, in the computer program with which the manipulator is used, or in the microcontroller built into the manipulator itself, since the commands for multiplying by the number and adding numbers are part of all common microprocessor programming tools.
При применении в манипуляторе более 3-х 2кКЭ с датчиками поворота вычисление компонент перемещения основания манипулятора может производиться, например, следующим образом. Для всех различных троек однокоординатных колесных датчиков, для которых выполнены условия, что рабочие направления этих датчиков не пересекаются в одной точке и не все рабочие направления параллельны, по измерениям этой тройки датчиков возможно производить вычисления поступательных и вращательной компонент перемещения основания манипулятора. По получаемым для каждой из таких троек значениям можно вычислять средние поступательную и вращательную компоненты перемещения основания манипулятора. When using more than 3 2 kKE in the manipulator with rotation sensors, the components of the movement of the base of the manipulator can be calculated, for example, as follows. For all different triples of single-axis wheel sensors for which the conditions are satisfied that the working directions of these sensors do not intersect at one point and not all working directions are parallel, it is possible to calculate the translational and rotational components of the movement of the base of the manipulator from the measurements of this triple of sensors. Using the values obtained for each of these triples, one can calculate the average translational and rotational components of the displacement of the base of the manipulator.
Управление двигателями, соединенными в устройстве с 2кКЭ, создает усилие, препятствующее или способствующее перемещению манипулятора, причем, при наличии 1-го 2кКЭ с двигателем возможно создание усилия в одном направлении, при наличии 2-х 2кКЭ с двигателями (если направления их возможного качения не параллельны) возможно создание усилия в любом направлении на опорной поверхности, при наличии 3-х 2кКЭ с двигателями возможно создание усилия в любом направлении на опорной поверхности (если направления качения по крайней мере 2-х из 2кКЭ с двигателями не параллельны) и вращательного момента относительно прямой, перпендикулярной опорной поверхности (если к тому же по крайней мере для 2-х 2кКЭ направления качения не пересекаются в одной точке). The control of motors connected in a device with 2 kKE creates a force that impedes or facilitates the movement of the manipulator, and, if there is a
На фиг.6 изображен вариант исполнения устройства по п.2 формулы изобретения. Figure 6 shows an embodiment of the device according to
На фиг.7 поясняются кинематические соотношения между положением манипулятора и перемещениями датчиков. Figure 7 explains the kinematic relationships between the position of the manipulator and the movements of the sensors.
На фиг.8 изображен вариант исполнения устройства по п.3 формулы. В этом варианте устройства использованы 3 двигателя или электромагнита или (и) управляемого тормозного устройства 5, которые могут перемещать верхнюю часть корпуса относительно основания. On Fig shows an embodiment of the device according to
Claims (3)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99107717/09A RU2197746C2 (en) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | "wonder turtle" handler (alternatives) |
AU34676/00A AU3467600A (en) | 1999-04-02 | 2000-03-24 | Computer mechanical-interface device and dual-co-ordinate wheel-type member mainly intended for a computer mechanical-interface device |
PCT/RU2000/000098 WO2000060439A1 (en) | 1999-04-02 | 2000-03-24 | Computer mechanical-interface device and dual-co-ordinate wheel-type member mainly intended for a computer mechanical-interface device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99107717/09A RU2197746C2 (en) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | "wonder turtle" handler (alternatives) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99107717A RU99107717A (en) | 2001-02-10 |
RU2197746C2 true RU2197746C2 (en) | 2003-01-27 |
Family
ID=20218535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99107717/09A RU2197746C2 (en) | 1999-04-02 | 1999-04-09 | "wonder turtle" handler (alternatives) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2197746C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004102468A1 (en) * | 2003-05-19 | 2004-11-25 | Dmitry Kharisovich Ainutdinov | Data input device |
-
1999
- 1999-04-09 RU RU99107717/09A patent/RU2197746C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004102468A1 (en) * | 2003-05-19 | 2004-11-25 | Dmitry Kharisovich Ainutdinov | Data input device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sato et al. | Finger-shaped gelforce: sensor for measuring surface traction fields for robotic hand | |
JP4595727B2 (en) | External force estimation system, external force estimation method, and computer program | |
CN108025439A (en) | Robot teaching method and robotic arm control device | |
US10118291B2 (en) | Robotic systems for supporting a user | |
TWI402506B (en) | Method and system for motion tracking | |
JP5973201B2 (en) | Link actuator operating device | |
JP6555149B2 (en) | Arithmetic apparatus, arithmetic method and arithmetic program | |
CN105690410A (en) | Collision avoidance method, control device, and program | |
US20190022864A1 (en) | Robot control device, robot system, and simulation device | |
JP6795540B2 (en) | Devices, methods and programs for estimating load weight and center of gravity position using a robot | |
US20200030992A1 (en) | Robot System | |
JP2014014920A (en) | Mechanism control device, program, and mechanism control method | |
JP3742879B2 (en) | Robot arm / hand operation control method, robot arm / hand operation control system | |
CN110231010B (en) | Three-coordinate measuring machine and measuring method based on Delta parallel mechanism | |
Dehghani et al. | Vision-based calibration of a Hexa parallel robot | |
RU2197746C2 (en) | "wonder turtle" handler (alternatives) | |
Kobayashi et al. | Motion capture with inertial measurement units for hand/arm robot teleoperation | |
Kim et al. | Kinematic Implementation of 3-DOF 2-Link Type Vehicle Simulator: Kinematic analysis and motion control method for 3-DOF 2-link type vehicle simulator | |
CN116945154A (en) | Control method, device and equipment of mechanical arm and storage medium | |
Tiboni et al. | Full pose measurement system for industrial robots kinematic calibration based on a sensorized spatial linkage mechanism | |
CN210773988U (en) | Angle measuring assembly, measuring device and demonstration device | |
Pond et al. | Dexterity measures and their use in quantitative dexterity comparisons | |
JP3394979B2 (en) | Method and apparatus for measuring joint angle | |
CN209857862U (en) | Three-coordinate measuring machine based on Delta parallel mechanism | |
JP4988545B2 (en) | External force detection method and detection apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060410 |