RU2798083C1 - Object management system - Google Patents

Object management system Download PDF

Info

Publication number
RU2798083C1
RU2798083C1 RU2022108532A RU2022108532A RU2798083C1 RU 2798083 C1 RU2798083 C1 RU 2798083C1 RU 2022108532 A RU2022108532 A RU 2022108532A RU 2022108532 A RU2022108532 A RU 2022108532A RU 2798083 C1 RU2798083 C1 RU 2798083C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coil
magnetometer
magnetometers
axis
magnetic
Prior art date
Application number
RU2022108532A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Алексеевич Кычкин
Сергей Галимзянович Каримов
Константин Павлович Латкин
Никита Владимирович Аксенов
Дмитрий Олегович Сирин
Original Assignee
Николай Алексеевич Кычкин
Сергей Галимзянович Каримов
Константин Павлович Латкин
Никита Владимирович Аксенов
Дмитрий Олегович Сирин
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Алексеевич Кычкин, Сергей Галимзянович Каримов, Константин Павлович Латкин, Никита Владимирович Аксенов, Дмитрий Олегович Сирин filed Critical Николай Алексеевич Кычкин
Application granted granted Critical
Publication of RU2798083C1 publication Critical patent/RU2798083C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: object management systems.
SUBSTANCE: object management system with respect to a given coordinate system comprises a magnetic coil that sets the coordinate system, two control magnetometers and a control unit, whereas the magnetic coil is installed on the back of the hand, one of the magnetometers is located together with the coil on the back of the hand, and the second magnetometer is fixed on the phalanx index finger, wherein two sensitivity axes of the first magnetometer are installed in a plane perpendicular to the coil axis, and the third sensitivity axis is oriented parallel to the coil axis, whereas the coil and magnetometers are electrically connected to the control unit connected to the computer.
EFFECT: simplified design, increased usability of the device.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к системам управления объектами и может быть использовано в человеко-машинных интерфейсах, в тренажерных системах, в робототехнике, в системах дополненной и виртуальной реальности.The invention relates to object control systems and can be used in human-machine interfaces, training systems, robotics, augmented and virtual reality systems.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является система управления объектом, содержащая магнитную катушку задающую систему координат, управляющий магнитометр, акселерометр, гироскопический прибор и вычислительный блок (Смотри патент RU №2626755 опубл. 31.07.2017).The closest technical solution to the proposed device is an object control system containing a magnetic coil that sets the coordinate system, a control magnetometer, an accelerometer, a gyroscopic device and a computing unit (See patent RU No. 2626755 publ. 07/31/2017).

Недостатком его является сложность конструкции, неудобство пользования.Its disadvantage is the complexity of the design, the inconvenience of use.

Технической задачей является создание простого по конструкции, удобного в эксплуатации устройства, а также расширение арсенала технических средств и функциональных возможностей устройства.The technical task is to create a device that is simple in design and easy to use, as well as expanding the arsenal of technical means and functionality of the device.

Для решения поставленной задачи система управления объектом относительно заданной системы координат, содержит магнитную катушку, задающую систему координат, два управляющих магнитометра и блок управления, причем магнитная катушка установлена на тыльной стороне ладони, один из магнитометров расположен вместе с катушкой на тыльной стороне ладони, а второй магнитометр закреплен на фаланге указательного пальца, причем две оси чувствительности первого магнитометра установлены в плоскости, перпендикулярной оси катушки, а третья ось чувствительности сориентирована параллельно оси катушки, при этом катушка и магнитометры электрически связаны с блоком управления, соединенным с компьютером.To solve the problem, the object control system with respect to a given coordinate system contains a magnetic coil that sets the coordinate system, two control magnetometers and a control unit, the magnetic coil is installed on the back of the hand, one of the magnetometers is located together with the coil on the back of the hand, and the second the magnetometer is fixed on the phalanx of the index finger, and two sensitivity axes of the first magnetometer are installed in a plane perpendicular to the coil axis, and the third sensitivity axis is oriented parallel to the coil axis, while the coil and magnetometers are electrically connected to the control unit connected to the computer.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что магнитная катушка установлена на тыльной стороне ладони, один из магнитометров расположен вместе с катушкой на тыльной стороне ладони, а второй магнитометр закреплен на фаланге указательного пальца, причем две оси чувствительности первого магнитометра установлены в плоскости, перпендикулярной оси катушки, а третья ось чувствительности сориентирована параллельно оси катушки, при этом катушка и магнитометры электрически связаны с блоком управления, соединенным с компьютером.A distinctive feature of the proposed device is that the magnetic coil is installed on the back of the hand, one of the magnetometers is located together with the coil on the back of the hand, and the second magnetometer is fixed on the phalanx of the index finger, and the two sensitivity axes of the first magnetometer are installed in a plane perpendicular to the axis of the coil , and the third sensitivity axis is oriented parallel to the coil axis, while the coil and magnetometers are electrically connected to the control unit connected to the computer.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема соединения элементов системы, а на фиг. 2 система ориентации магнитной катушки и магнетометров.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows the connection diagram of the elements of the system, and Fig. 2 orientation system of the magnetic coil and magnetometers.

Измерительная система состоит из магнитной катушки 1, задающей цилиндрическую систему координат

Figure 00000001
с двумя клеммами для подсоединения управляющей током схемы, закрепленная на тыльной стороне ладони. Координата ϕ, угол между осью X магнитометра 2 и осью ρ, в расчетах не учитывается. Таким образом, допускается, что оси X и ρ сонаправлены: ϕ=0.The measuring system consists of a magnetic coil 1 that defines a cylindrical coordinate system
Figure 00000001
with two terminals for connecting the current control circuit, fixed on the back of the hand. The coordinate ϕ, the angle between the X axis of magnetometer 2 and the ρ axis, is not taken into account in the calculations. Thus, it is assumed that the X and ρ axes are codirectional: ϕ=0.

Система содержит трехосевой магнитометр 2, закрепленный на тыльной стороне ладони вблизи магнитной катушки 1 на расстоянии не далее трех диаметров магнитной катушки, с собственной системой координат (XYZ). Магнитометр 2 и его собственные оси XY и ось ρ располагаются на плоскости, перпендикулярной оси магнитной катушки и проходящей через ее центр симметрии. В свою очередь, ось

Figure 00000002
и собственная ось Z магнитометра 2 сонаправлены.The system contains a three-axis magnetometer 2, fixed on the back of the hand near the magnetic coil 1 at a distance of not more than three diameters of the magnetic coil, with its own coordinate system (XYZ). Magnetometer 2 and its own axes XY and axis ρ are located on a plane perpendicular to the axis of the magnetic coil and passing through its center of symmetry. In turn, the axis
Figure 00000002
and own axis Z of the magnetometer 2 are co-directed.

Система включает трехосевой магнитометр 3, произвольно расположенный и произвольно ориентированный, с собственной системой координат (xyz), закрепленного на фаланге пальца руки человека.The system includes a three-axis magnetometer 3, arbitrarily located and arbitrarily oriented, with its own coordinate system (xyz), fixed on the phalanx of a human finger.

Блок управления 4 выполнен на базе микроконтроллера управляющего током катушки 1 электрической схемы. Он обрабатывает данные с измерительных устройств и передает их через линию связи персональному компьютеру 5.The control unit 4 is made on the basis of a microcontroller that controls the current of the coil 1 of the electrical circuit. It processes data from measuring devices and transmits them via a communication line to a personal computer 5.

Персональный компьютер 5 с установленным программным обеспечением реализует математический блок обсчета передаваемых блоком управления 4 данных. Задача изобретения - определение пространственных координат

Figure 00000003
магнитометра 3, которое происходит с помощью пересчета магнитной индукции
Figure 00000004
по методу, описанному в статье [1]. Здесь
Figure 00000005
- магнитная индукция магнитной катушки 1, измеренная в точке расположения магнитометра 3, в системе координат, задаваемой магнитной катушкой 1
Figure 00000006
при прямом пропускании управляющего тока.The personal computer 5 with the installed software implements a mathematical block for calculating the data transmitted by the control unit 4. The objective of the invention is the determination of spatial coordinates
Figure 00000003
magnetometer 3, which occurs by recalculating the magnetic induction
Figure 00000004
according to the method described in the article [1]. Here
Figure 00000005
- magnetic induction of the magnetic coil 1, measured at the location of the magnetometer 3, in the coordinate system specified by the magnetic coil 1
Figure 00000006
with direct transmission of the control current.

Расчет

Figure 00000004
осуществляется по следующим формулам:Calculation
Figure 00000004
carried out according to the following formulas:

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
- магнитная индукция Земли в системе координат магнитометра 3 (xyz),
Figure 00000009
- магнитная индукция магнитной катушки 1 в системе координат магнитометра 3 (xyz),
Figure 00000010
- магнитная индукция Земли в системе координат магнитометра 2 (XYZ), а Еρ,
Figure 00000011
- компоненты цилиндрической системы координат, задаваемой магнитной катушкой 1
Figure 00000012
вектора магнитной индукции Земли
Figure 00000013
которые можно получить посредством пересчета:Where
Figure 00000008
- magnetic induction of the Earth in the coordinate system of the magnetometer 3 (xyz),
Figure 00000009
- magnetic induction of the magnetic coil 1 in the coordinate system of the magnetometer 3 (xyz),
Figure 00000010
- magnetic induction of the Earth in the coordinate system of the magnetometer 2 (XYZ), and Еρ,
Figure 00000011
- components of the cylindrical coordinate system, given by the magnetic coil 1
Figure 00000012
of the Earth's magnetic induction vector
Figure 00000013
which can be obtained by converting:

Figure 00000014
Figure 00000014

Непосредственно получение значений магнитных индукций

Figure 00000015
происходит с помощью двух последовательных замеров при прямом и обратном пропускании управляющего тока через магнитную катушку 1.Directly obtaining the values of magnetic inductions
Figure 00000015
occurs with the help of two consecutive measurements with direct and reverse transmission of the control current through the magnetic coil 1.

Расчет магнитной индукции Земли, измеренной магнитометром 2, осуществляется по следующей формуле:The calculation of the Earth's magnetic induction, measured by magnetometer 2, is carried out according to the following formula:

Figure 00000016
Figure 00000016

где

Figure 00000017
- измеренная магнитометром 2 магнитная индукция при прямом пропускании управляющего тока через магнитную катушку 1,
Figure 00000018
- измеренная магнитометром 2 магнитная индукция при обратном пропускании управляющего тока через магнитную катушку 1.Where
Figure 00000017
- measured by the magnetometer 2 magnetic induction with direct transmission of the control current through the magnetic coil 1,
Figure 00000018
- the magnetic induction measured by the magnetometer 2 when the control current is reversed through the magnetic coil 1.

Расчет магнитных индукций Земли и катушки 1 при прямом пропускании управляющего тока, измеренных магнитометром 3, осуществляется по следующим формулам:The calculation of the magnetic inductions of the Earth and coil 1 with direct transmission of the control current, measured by magnetometer 3, is carried out according to the following formulas:

Figure 00000019
Figure 00000019

где

Figure 00000020
- измеренная магнитометром 3 магнитная индукция при прямом пропускании управляющего тока через магнитную катушку 1,
Figure 00000021
- измеренная магнитометром 3 магнитная индукция при обратном пропускании управляющего тока через магнитную катушку 1.Where
Figure 00000020
- measured by the magnetometer 3 magnetic induction with direct transmission of the control current through the magnetic coil 1,
Figure 00000021
- the magnetic induction measured by the magnetometer 3 when the control current is reversed through the magnetic coil 1.

Пример.Example.

Система была испытана в представленной ниже комплектации.The system was tested in the following configuration.

В устройстве в качестве магнитной катушки 1 использовался медный изолированный провод с диаметром поперечного сечения 0.33 мм, намотанный на полимерное (полилактид) цилиндрическое основание. Намотка представляет собой 900 витков провода со средним диаметром витка 20 мм.In the device, a copper insulated wire with a cross-sectional diameter of 0.33 mm, wound on a polymer (polylactide) cylindrical base, was used as a magnetic coil 1. The winding consists of 900 turns of wire with an average coil diameter of 20 mm.

В качестве трехосевого магнитометра 2 и 3 были использованы магнитометры Asahi Kasei Microdevices AK8975.Asahi Kasei Microdevices AK8975 magnetometers were used as three-axis magnetometers 2 and 3.

В блоке управления 4 использовались микроконтроллер STM32F103C8T6 и L293D - драйвер двигателей постоянного тока (схема управления током катушки.In control unit 4, the STM32F103C8T6 microcontroller and L293D were used - a DC motor driver (coil current control circuit.

В устройстве использован в качестве персонального компьютера 5 ноутбук DNS JW6-N13P-GS с установленным программным обеспечением, которое реализует вычислительный блок.The device used as a personal computer 5 laptop DNS JW6-N13P-GS with installed software that implements the computing unit.

Испытания показали, что предлагаемое расположение магнитометров и магнитной катушки обеспечивают удобство пользования, а сама система позволяет управлять с помощью получаемых данных визуальной моделью пальца, отображаемой на экране компьютера.Tests have shown that the proposed location of the magnetometers and the magnetic coil provide ease of use, and the system itself allows you to control the visual model of the finger displayed on the computer screen using the received data.

Литература.Literature.

[1] Чье, Е.У. Магнитно-инерциальный метод определения положения и ориентации объекта / Е.У. Чье, Е.С. Чернышов // Вестник Тихоокеанского государственного университета. - 2014. - №1 (32). - С. 69-78.[1] Che, E.U. Magnetic-inertial method for determining the position and orientation of an object / E.U. Whose, E.S. Chernyshov // Bulletin of the Pacific State University. - 2014. - No. 1 (32). - S. 69-78.

Claims (1)

Система управления объектом относительно заданной системы координат, содержащая магнитную катушку, задающую систему координат, два управляющих магнитометра и блок управления, отличающаяся тем, что магнитная катушка установлена на тыльной стороне ладони, один из магнитометров расположен вместе с катушкой на тыльной стороне ладони, а второй магнитометр закреплен на фаланге указательного пальца, причем две оси чувствительности первого магнитометра установлены в плоскости, перпендикулярной оси катушки, а третья ось чувствительности сориентирована параллельно оси катушки, при этом катушка и магнитометры электрически связаны с блоком управления, соединенным с компьютером.An object control system with respect to a given coordinate system, containing a magnetic coil that sets the coordinate system, two control magnetometers and a control unit, characterized in that the magnetic coil is installed on the back of the hand, one of the magnetometers is located together with the coil on the back of the hand, and the second magnetometer fixed on the phalanx of the index finger, and two sensitivity axes of the first magnetometer are installed in a plane perpendicular to the coil axis, and the third sensitivity axis is oriented parallel to the coil axis, while the coil and magnetometers are electrically connected to the control unit connected to the computer.
RU2022108532A 2022-03-31 Object management system RU2798083C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2798083C1 true RU2798083C1 (en) 2023-06-15

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2261324C1 (en) * 2004-07-27 2005-09-27 Смирнов Борис Михайлович Device for angular borehole position determination (variants)
CN108279773A (en) * 2018-01-12 2018-07-13 上海大学 A kind of data glove based on MARG sensors and Magnetic oriented technology
RU198065U1 (en) * 2018-04-12 2020-06-16 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ Научно-производственная фирма "Реабилитационные технологии" REHABILITATION DEVICE

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2261324C1 (en) * 2004-07-27 2005-09-27 Смирнов Борис Михайлович Device for angular borehole position determination (variants)
CN108279773A (en) * 2018-01-12 2018-07-13 上海大学 A kind of data glove based on MARG sensors and Magnetic oriented technology
RU198065U1 (en) * 2018-04-12 2020-06-16 ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ Научно-производственная фирма "Реабилитационные технологии" REHABILITATION DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106293453B (en) Rotary display
TWI742111B (en) Active stylus and method for determining a tilt of an active stylus
Blankenbach et al. A robust and precise 3D indoor positioning system for harsh environments
CN107728790B (en) Screen display method and device, mobile terminal and storage medium
CN108089699B (en) Human body posture detection system, garment and method
US8976039B2 (en) Remote operation and monitoring of measurement systems and remote measurement data processing
JP2020049211A (en) Inspection position adjustment method, adjustment device, ultrasonic probe, and terminal
EP2700905A1 (en) Method and system for alignment of sensors in a similar environment
RU2798083C1 (en) Object management system
CN111427447A (en) Display method of virtual keyboard, head-mounted display equipment and system
CN105974492B (en) Multifunction life survey meter
Xia et al. Wearable smart multimeter equipped with AR glasses based on IoT platform
CN104914296A (en) Multifunctional clamp meter
CN102104647B (en) Angle measuring mobile phone and method adopted by same for realizing angle measurement
JP7325031B2 (en) Location information acquisition system
CN103970291A (en) Mobile terminal
CN110012433A (en) A kind of indoor orientation method, system, server and computer readable storage medium
US20180364814A1 (en) Six degrees of freedom tracking of objects using sensors
CN105469137A (en) Reciting-chanting auxiliary device and system thereof
RU2542793C1 (en) Device to determine position of object in space
JP2013061194A (en) Measuring apparatus and measuring method
CN2638074Y (en) Intelligent three-dimensional magnetic field detector
CN114205736A (en) NFC use guiding method, device, storage medium and terminal
CN212344063U (en) Virtual reality equipment and virtual reality system
CN209263944U (en) A kind of simulation scalpel space orientation equipment