WO2010053402A1 - Coordinate inputting device for the remote control of a computer by a physically handicapped person - Google Patents

Coordinate inputting device for the remote control of a computer by a physically handicapped person Download PDF

Info

Publication number
WO2010053402A1
WO2010053402A1 PCT/RU2009/000360 RU2009000360W WO2010053402A1 WO 2010053402 A1 WO2010053402 A1 WO 2010053402A1 RU 2009000360 W RU2009000360 W RU 2009000360W WO 2010053402 A1 WO2010053402 A1 WO 2010053402A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
conductive
concentric
coordinate
disk
Prior art date
Application number
PCT/RU2009/000360
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Леонид Андреевич КОСИК
Алексей Леонидович КОСИК
Тaрaс Леонидович КОСИК
Original Assignee
Kosik Leonid Andreevich
Kosik Aleksey Leonidovich
Kosik Taras Leonidovich
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 Kosik Leonid Andreevich, Kosik Aleksey Leonidovich, Kosik Taras Leonidovich filed Critical Kosik Leonid Andreevich
Publication of WO2010053402A1 publication Critical patent/WO2010053402A1/en

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F4/00—Methods or devices enabling patients or disabled persons to operate an apparatus or a device not forming part of the body 
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input 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
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2217/00—Facilitation of operation; Human engineering
    • H01H2217/014—Facilitation of operation; Human engineering handicapped
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/02—Operating parts, i.e. for operating driving mechanism by a mechanical force external to the switch
    • H01H3/14—Operating parts, i.e. for operating driving mechanism by a mechanical force external to the switch adapted for operation by a part of the human body other than the hand, e.g. by foot

Definitions

  • the invention relates to medicine, in particular, to electronic devices for entering coordinates, and can be used for people with paralysis of the upper and lower extremities, as well as for people whose occupation limits the use of hands.
  • Known devices for remote control of a computer for a person with physical disabilities containing a coordinate device, with the possibility of placing the latter in the oral cavity of a person, and a signal processing unit, electrically connected to the coordinate device (US 5460186 A, 10.24.1995 and WO 03/013402 Al, 02/20/2003).
  • Known devices allow you to remotely control a computer by the action of the muscles of the tongue on the joystick, however, the coordinate device in these designs is made without taking into account the features of language control, and the signal processing unit is placed outside the oral cavity.
  • the devices are made without taking into account the individual characteristics of the patient’s oral cavity and language control features.
  • the front teeth cannot participate in the work, since the teeth hold the external structure (signal processing unit), and the maxillofacial muscles are constantly strained.
  • the device is difficult to manufacture due to the many working elements kinematically connected to each other.
  • a device for controlling external means comprising a coordinate device and a signal processing unit electrically connected to a coordinate device (RU 2245692 C2, 02/10/2005).
  • the device according to the patent RU 2245692 although it provides effective control of the computer with the help of the maxillofacial muscles, muscles of the tongue and teeth, is more technologically advanced and more convenient to use than those known from US 5460186 and WO 03/013402, since it is arranged to be placed in the oral the entire cavity, however, it is made strictly taking into account the individual structural features of the oral cavity of a particular person.
  • a device for inputting coordinates for remote control of a computer for people with disabilities contains an electrically connected power supply unit that sets the coordinates and controls the computer cursor an assembly made with the possibility of its placement in the oral cavity, a signal processing unit, a transmitter, functional contact buttons for performing the functions of the mouse buttons, electrically connecting a coordinate device with a signal processing unit, and a kind of work switching button electrically connecting a coordinate device with a processing unit signals (RU 2269325 Cl, 02/10/2006).
  • the electronic signal processing module, coordinate device, functional contact buttons of the computer’s remote control and connecting wires are located in a single housing, which, in turn, is fixed on a basis made from a mold of the jaw of a specific user. Therefore, for another user, it is necessary to manufacture another device that will correspond to its anthropometric parameters. Unit production limits the range of users and makes the device expensive, difficult to operate and not technologically advanced.
  • the basis and the body of the device placed on it prevents the tongue from contacting the sensitive receptors of the mucosa of the hard palate, which complicates the orientation of the tongue in the oral cavity and makes it impossible to accurately position the tongue on the controls of the device, which, in turn, leads to the generation of false commands.
  • the disadvantages of this technical solution can also include the following: the reactions of the mucous membrane to the presence of a foreign body (device) in the oral cavity are not taken into account, which causes profuse salivation nie. With mechanical irritation of the mucous membrane of the palate and tongue, thick mucus is produced, which prevents the tongue from sticking tightly to the surface of the manipulator, which makes managing the tongue very difficult and tedious for the user.
  • the known device is not technologically advanced, because it has small metal parts and is laborious to assemble, not durable and not reliable, because intense mechanical wear of the rubbing parts occurs.
  • microorganisms are formed on its surface that infect the oral cavity - this leads to inflammatory diseases of the organs of the oral cavity.
  • the main disadvantage of the prototype is that its design is made without taking into account the anatomical and physiological features of the structure and functioning of the tongue and oral cavity.
  • the limited space of the oral cavity will not allow to increase the size of the device and thereby achieve acceptable performance.
  • the urgent task is to develop a device that is freely placed in the oral cavity and at the same time has high performance, i.e. clearly and correctly responds to the commands given, interprets them correctly, while being easily controlled with the help of the tongue in the presence of mucus in the oral cavity.
  • An important technical requirement for a coordinate input device is a wide range of cursor movement speeds and its precise positioning on small objects, namely the ability to work (capture moving, editing) with objects that are 1 pixel in size. At the same time, there must be a function for quickly moving the cursor (across the entire monitor screen - in no more than 1 second).
  • Positioning accuracy correct cursor movement depends on the number of concentric conductive tracks (the thicker, denser the network of tracks), the more accurate the cursor positioning is more accurate.
  • the width of the cursor speed range depends on the difference in electrical resistance in the central and peripheral parts of the resistive disk.
  • the resistance of the resistive layer In the central part of the resistive disk, the resistance of the resistive layer must be high (to move the cursor as slowly as possible).
  • the resistance of the resistive layer On the peripheral part of the resistive disk, the resistance of the resistive layer should be low (to move the cursor as quickly as possible).
  • the coordinate input device for remote control of a computer by a person with physical disabilities, containing an electrically connected power supply unit that sets the coordinates and controls the computer cursor coordinate device made with the possibility of its placement in the oral cavity, a signal processing unit, a transmitter at least two functional contact buttons for performing the functions of the mouse buttons, electrically connecting coordinate e device with a signal processing unit, and at least one button for switching the type of work, electrically connecting the coordinate device with the signal processing unit
  • the coordinate device is equipped with a folding protrusion, a loop of conductive tracks, a microcontroller located in the cable and connected to the circuit conductive tracks, and an electrical connector mounted on the end of the loop of conductive tracks with the possibility of electrical connection with the signal processing unit.
  • the coordinate device is made in the form of a hollow disk with an outer edge rounded by radius.
  • the inner cavity of the disk is formed by the first layer and the second layer of a flexible polymer film connected along the outer contour.
  • the first layer of the hollow disk has the shape of a hemisphere, concave into the cavity of the disk.
  • the second layer of the hollow disk has a flat shape, on the inner surface of which are applied conductive concentric tracks, grouped into four mutually perpendicular sectors. In this case, the conductive concentric tracks of neighboring sectors are separated from each other by a common conductive path, and the distance between the conductive concentric paths decreases from the center of the disk to the periphery.
  • a resistive layer is applied on the inner surface of the concave hemisphere of the disk, which is made in the form of radial resistive segments arranged in the form of concentric rings. Each ring is located above the corresponding conductive concentric paths, the width of the concentric rings, as well as the length of the resistive segments, is equal to the distance between the corresponding conductive concentric paths.
  • the first and second layer of the polymer film are connected to each other in the central part of the hollow disk with the formation of a central bridge.
  • the folding protrusion and the loop of the conductive tracks are formed by the first and second layer of the polymer film bonded along their flat surface. The folding protrusion and the loop are connected to the edge of the disk.
  • Functional contact buttons and a button for switching the type of work are located in the folding ledge.
  • Conducting concentric paths and concentric rings of the resistive layer, functional contact buttons, a button for switching the type of work and a microcontroller are electrically connected to the signal processing unit through the conductive paths of the loop and the connector.
  • resistive segments of adjacent rings can be connected to each other by a common resistive path.
  • Figure 1 presents a structural diagram of a device for inputting coordinates for remote control of a computer.
  • Figure 2 shows the coordinate device
  • Fig.3 shows the placement and fixation of the coordinate device in the human oral cavity.
  • Figure 4 presents the comparative characteristics of the operation of devices for entering coordinates with the same degree of impact (pressing force) on it.
  • the X axis is the distance the cursor moves
  • the Y axis the time the cursor moves.
  • Ql - a zone of work with small objects where slow and accurate cursor movement is required.
  • Q2 - a zone of work with medium objects where average speed and relatively low accuracy of cursor movement are required.
  • Q ⁇ is a zone of fast movement, a high speed of cursor movement in a given direction is necessary here.
  • the coordinate input device for remote control of a computer by a person with limited physical abilities contains an electrically connected power supply unit (1) that defines the coordinates and controls the computer cursor coordinate device (2) made with the possibility of its placement in the oral cavity, a signal processing unit (3), a transmitter (4) at least two functional contact buttons (5) for performing the functions of the mouse buttons, electrically connecting the coordinate device (2) with the signal processing unit (3), and at least one control contact a button for switching the kind of work (6) to control the functions of the computer keyboard, electrically connecting the coordinate device with the signal processing unit (Fig. l).
  • the coordinate device (2) is equipped with a folding protrusion (7), a loop (8) of the conductive tracks (9), a microcontroller (10) located in the loop (8) and included in the circuit of the conductive tracks (9), and an electrical connector (11), mounted on the end of the loop of conductive tracks with the possibility of its electrical connection with the signal processing unit (3).
  • the coordinate device (2) is made in the form of a hollow disk with a radially rounded outer edge.
  • the inner cavity of the disk is formed by the first layer (12) and the second layer (13) of a flexible polymer film connected along the outer contour.
  • the first layer of the hollow disk has the shape of a hemisphere, concave into the cavity of the disk.
  • the second layer of the hollow disk has a flat shape.
  • Conductive concentric tracks (14) are applied on the inner surface of the second layer (13), grouped into four mutually perpendicular sectors N, E, S, W ( Figure 2), while the conductive concentric tracks of neighboring sectors are separated from each other by a common conductive path ( fifteen). The distance between the conductive concentric tracks decreases from the center of the disk to the periphery.
  • a resistive layer is deposited on the inner surface of the concave hemisphere of the disk. The resistive layer is made in the form of radial resistive segments Ll, L2, L ⁇ Ln, located in the form of concentric rings Cl, C2, ⁇ Cn. Each ring C is located above the corresponding concentric conductive paths (14).
  • the width of the concentric rings C, as well as the length of the resistive segments L, is equal to the distance between the corresponding current-carrying concentric paths (14).
  • the first and second layer of the polymer film are connected to each other in the central part of the hollow disk with the formation of a central bridge (16).
  • the folding protrusion (7) and the cable (8) of the conductive tracks (9) are formed by the first and second layer of the polymer film bonded along their flat surface.
  • the folding protrusion and the loop are connected to the edge (17) of the disk.
  • Functional contact buttons (5) and a button for switching the type of work (6) are placed in the folding tab (7).
  • Conducting concentric paths (14) and concentric rings C of the resistive layer, function contact buttons (5), work switch button (6) and microcontroller (10) through the conductive paths (9) of the loop (8) and connector (11) are electrically connected to signal processing unit (3).
  • Resistive segments L of adjacent concentric rings can be connected to each other by a common resistive path.
  • the surface of the conductive concentric tracks (14) can be made granular.
  • the resistive segments Ll of the concentric ring Cl are thinner and longer than the resistive segments L2 of the concentric ring C2. Accordingly, the resistive segments L2 of the concentric ring C2 are thinner and longer than the resistive segments L3 of the concentric ring C3, and the resistive segments of the concentric ring C3 are thinner and longer than the resistive segments of the concentric ring Cn. Since their resistance depends on the thickness and length of the resistive segments, respectively, the resistance of the resistive segments Ll of the concentric ring Cl is greater than the resistance of the resistive segments of the concentric ring C2.
  • the resistance of the resistive segments of the concentric ring C2 is greater than the resistance of the resistive segments of the con centric ring C3, and the resistance of the resistive segments of the concentric ring C3 is greater than the resistance of the resistive segments of the concentric ring Cn (figure 2).
  • the device operates as follows:
  • the device is placed in the oral cavity by the second layer (13) of the hollow disk to the hard palate (Fig.Z).
  • the hemisphere of the hollow disk is held by the central jumper (16) in the central position (Fig. 1 and 2), in which the concentric conductive paths (14) and the common conductive path (15) are not closed by radial resistive segments L in any of the sectors N , E, S, W (Fig. L). In this case, no electrical signal is received and the cursor does not move.
  • the user depending on the chosen direction of cursor movement, with the tip of the tongue presses the hemisphere edge from the center up, down, left, right, or along a complex path.
  • the resistive segments L close the conductive concentric paths (14) with the common conductive path (15) either in the upper sector N, or the lower sector S, or left W, or right E, or in a combination of adjacent sectors, for example, sectors NW, NE , SE, SW.
  • the cursor moves depending on which sector closes the conductive concentric paths (14) with the common conductive path (15).
  • the concave hemisphere design does not allow performing incorrect actions, such as simultaneously closing concentric conductive paths and the common conductive path of opposite sectors (for example, NS, WE).
  • the user can also select the speed of the cursor. To do this, he (the user) increases or decreases the degree of pressing the language on the edge of the hemisphere.
  • the cursor To slowly move the cursor, lightly press the tongue on the edge of the hemisphere.
  • the hemisphere tilts in the direction of depression and the resistive segment Ll of the concentric ring Cl closes the conductive concentric path closest to the center of one of the sectors N, E, S, W (Fig. 2) or the conductive concentric paths (14) closest to the center of the adjacent sectors NW, NE, SE, SW with a common conductive path (15).
  • the cursor movement speed in this case depends on the resistance of the radial resistive tracks L.
  • the radial resistive segments Ll of the concentric ring Cl are made thinner and longer (respectively, have higher resistance) than the radial resistive segments L2, L3 ... of the concentric rings C2, C3 ... (Fig.2 )
  • the granular surface of the conductive concentric tracks reduces the area of contact with the radial resistive segments, which also slows down the speed of the cursor.
  • This design solution allows using one resistive material to achieve different resistance at different control levels, which, in turn, allows you to use different speed modes for moving the cursor - from very slow 1 pixel per second to very fast (moving the cursor across the entire monitor screen no more than in 0.5 seconds).
  • the device works correctly when you press the tongue on the edge of the hemisphere with a force of 0.5 g / cm 2 to 15 g / cm 2 . With less effort 0.5 g / cm 2 accidental clicks are possible, and with an effort of more than 15 g / cm 2 the user will experience fatigue.
  • the tongue On the edge of the hemisphere.
  • the hemisphere tilt in the direction of depression increases and the concentric conductive tracks (14) with the common conductive path (15) are closed by the radial resistive segments Ll and L2, respectively, of the concentric rings Cl and C2, which makes it possible to select the cursor movement speed in a wide range, without losing positioning accuracy.
  • the radial resistive segments L of the hemisphere closes all conductive concentric tracks of one of the sectors N, E, S, W (Fig. 2) or all conductive concentric tracks of adjacent sectors N-W, N-E, S-E, S-W with a common conductive path (15). In this case, the resistance in the circuit becomes minimal, respectively, the cursor instantly moves in the selected direction.
  • the curve (solid) of the proposed device in all areas of work has a (large area) greater operating range, both in time and in distance.
  • a microcontroller (10) is included in the electrical circuit of the device, which analyzes the correctness of the signals passing through the circuit, and also controls the duration of the operation of the device. When a certain operating time is reached, the microcontroller sends a warning to the computer about the need to replace the device. Besides, the microcontroller monitors the charging of the device’s battery and a warning about the need for timely charging or replacement.
  • buttons (5) that perform the functions of the mouse buttons (Fig. L).
  • the conductive concentric tracks are closed by a resistive layer and when the contacts of the buttons (5) and (6) are pressed, the current arising in the circuit passes through the microcontroller (10) and then through the conductive tracks (9) of the cable (8) to the connector (11), which in turn, connected to the signal processing unit (3), in which the signal is processed and digitized. Then the signal enters the transmitter (4) and is transmitted via a communication channel to an external radio signal receiver (18) connected to the computer.
  • the proposed device can be claimed by people with physical disabilities, in particular, with paralysis of the upper and lower extremities, or whose occupation limits the use of hands.
  • the device is convenient to use when placed in the human oral cavity and provides effective remote control of the computer using the language, i.e. clearly and correctly responds to the given commands, correctly interprets them.
  • the device has a wide range of cursor movement speeds and its precise positioning on small objects, and provides work (capture moving, editing) with objects that are 1 pixel in size.

Abstract

The invention relates to medicine. The coordinate inputting device for the remote control of a computer by a physically handicapped person comprises a power supply unit, a coordinate unit which is designed to be accommodated in the mouth cavity, a signal processing unit, a transmitter, two functional press buttons that perform the functions of mouse buttons, and an operation switching button. The coordinate unit is provided with a bendable projection, a ribbon of conductive tracks, a microcontroller, which is situated in the ribbon and inserted into the circuit of the conductive tracks, and an electrical connector for connecting to the signal processing unit. The coordinate unit is in the form of a hollow disc with a radially rounded outer edge. The inner cavity of the disc is formed by a first and a second layer of flexible polymer film, which are joined along the outer edge. A resistive layer is applied to the inner surface of the concave hemisphere of the disc, which layer consists of radial resistive segments disposed in the form of concentric rings. Each ring is situated above the corresponding concentric conductive tracks. The bendable projection and the ribbon of conductive tracks are formed by a first and a second layer of polymer film, which are fastened together along the flat surface thereof and connected to the disc edge. The press buttons and the operation switching button are situated in the bendable projection.

Description

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ DESCRIPTION OF THE INVENTION
УСТРОЙСТВО ВВОДА КООРДИНАТ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГОCOORDINATE INPUT DEVICE FOR REMOTE
УПРАВЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОМ ЧЕЛОВЕКОМ С ОГРАНИЧЕННЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИHUMAN COMPUTER CONTROLS WITH LIMITED PHYSICAL POSSIBILITIES
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к медицине, в частности, к электронным устройствам ввода координат, и может быть-использовано для людей с параличами верхних и нижних конечностей, а также для людей, род занятий которых ограничивает использование рук.The invention relates to medicine, in particular, to electronic devices for entering coordinates, and can be used for people with paralysis of the upper and lower extremities, as well as for people whose occupation limits the use of hands.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Люди с тетраплегией (параличом верхних и нижних конечностей) не могут выполнять никаких действий руками. При высоком поражении спинного мозга полностью нарушается осознанное управление скелетными мышцами. Функционируют лишь группы челюсτно-лицевых мышц и языка, так как они иннервируются черепными нервами. Кроме того, при работе с компьютером, в некоторых случаях использование рук или затруднительно, или невозможно, или недостаточно, например, когда руки заняты другой работой, находятся в защитных перчатках, когда традиционные средства ввода недоступны или при одновременной подаче нескольких команд. В этих случаях устройство ввода размещают во рту и управляют с помощью языка.People with tetraplegia (paralysis of the upper and lower extremities) can not perform any actions with their hands. With a high damage to the spinal cord, the conscious control of skeletal muscles is completely disrupted. Only groups of maxillofacial muscles and tongue function, since they are innervated by cranial nerves. In addition, when working with a computer, in some cases the use of hands is either difficult or impossible or insufficient, for example, when hands are busy with other work, are in protective gloves, when traditional input means are not available or when several commands are issued simultaneously. In these cases, the input device is placed in the mouth and controlled by language.
Известны устройства дистанционного управления компьютером для человека с ограниченными физическими возможностями, содержащие координатное приспособление, с возможностью размещения последнего в ротовой полости человека, и блок обработки сигналов, электрически связанный с координатным приспособлением (US 5460186 А, 24.10.1995 и WO 03/013402 Al, 20.02.2003). Известные устройства позволяют дистанционно управлять компьютером путем действия мышц языка на джойстик, однако координатное приспособление в этих конструкциях выполнено без учёта особенностей управления языком, а блок обработки сигналов размещают вне ротовой полости. Кроме того, устройства выполнены без учёта индивидуальных особенностей ротовой полости пациента и особенностей управления языком. При этом передние зубы не могут участвовать в работе, поскольку зубы удерживают внешнюю конструкцию (блок обработки сигналов), а че- люстно-лицевые мышцы постоянно напряжены. Наряду с этим, устройство сложно в изготовлении из-за множества рабочих элементов, связанных друг с другом кинематически.Known devices for remote control of a computer for a person with physical disabilities, containing a coordinate device, with the possibility of placing the latter in the oral cavity of a person, and a signal processing unit, electrically connected to the coordinate device (US 5460186 A, 10.24.1995 and WO 03/013402 Al, 02/20/2003). Known devices allow you to remotely control a computer by the action of the muscles of the tongue on the joystick, however, the coordinate device in these designs is made without taking into account the features of language control, and the signal processing unit is placed outside the oral cavity. In addition, the devices are made without taking into account the individual characteristics of the patient’s oral cavity and language control features. At the same time, the front teeth cannot participate in the work, since the teeth hold the external structure (signal processing unit), and the maxillofacial muscles are constantly strained. Along with this, the device is difficult to manufacture due to the many working elements kinematically connected to each other.
Известно также устройство для управления внешними средствами, содержащее координатное приспособление и блок обработки сигналов, электрически связанный с координатным приспособлением (RU 2245692 C2, 10.02.2005).A device for controlling external means is also known, comprising a coordinate device and a signal processing unit electrically connected to a coordinate device (RU 2245692 C2, 02/10/2005).
Устройство по патенту RU 2245692, хотя и обеспечивает эффективное управление компьютером с помощью челюстно-лицевых мышц, мышц языка и зубов, технологичнее и более удобно в эксплуатации, чем известные из US 5460186 и WO 03/013402, поскольку выполнено с возможностью размещения его в ротовой полости целиком, однако оно выполнено строго с учетом индивидуальных особенностей строения ротовой полости конкретного человека.The device according to the patent RU 2245692, although it provides effective control of the computer with the help of the maxillofacial muscles, muscles of the tongue and teeth, is more technologically advanced and more convenient to use than those known from US 5460186 and WO 03/013402, since it is arranged to be placed in the oral the entire cavity, however, it is made strictly taking into account the individual structural features of the oral cavity of a particular person.
Известно устройство ввода координат для дистанционного управления компьютером для людей с ограниченными физическими возможностями (прототип), содержащее электрически связанные блок питания, задающее координаты и управляющее курсором компьютера координатное приспо- собление, выполненное с возможностью его размещения в ротовой полости, блок обработки сигналов, передатчик, функциональные контактные кнопки для выполнения функций кнопок «мыши», электрически связывающие координатное приспособление с блоком обработки сигналов, и кнопку переключения рода работ, электрически связывающую координатное приспособление с блоком обработки сигналов (RU 2269325 Cl, 10.02.2006).A device for inputting coordinates for remote control of a computer for people with disabilities (prototype) is known, which contains an electrically connected power supply unit that sets the coordinates and controls the computer cursor an assembly made with the possibility of its placement in the oral cavity, a signal processing unit, a transmitter, functional contact buttons for performing the functions of the mouse buttons, electrically connecting a coordinate device with a signal processing unit, and a kind of work switching button electrically connecting a coordinate device with a processing unit signals (RU 2269325 Cl, 02/10/2006).
В устройстве, известном из патента RU 2269325, электронный модуль обработки сигналов, координатное приспособление, функциональные контактные кнопки дистанционного управления компьютером и соединительные провода расположены в едином корпусе, который, в свою очередь, фиксируется на базисе, изготовленном по слепку челюсти конкретного пользователя. Следовательно, для другого пользователя необходимо изготавливать другое устройство, которое будет соответствовать его антропометрическим параметрам. Штучное производство ограничивает круг пользователей и делает устройство дорогостоящим, сложным в эксплуатации и не технологичным. Кроме того, базис и размещенный на нем корпус устройства препятствует контакту языка с чувствительными рецепторами слизистой твердого неба, что затрудняет ориентацию последнего в ротовой полости и делает невозможным точное позиционирование языка на органах управления устройства, что, в свою очередь приводит, к выработке ложных команд. Это ухудшает эксплуатационные характеристики и усложняет технологию для массового производства такого устройства. К недостаткам этого технического решения можно также отнести следующее: не учитываются реакции слизистой оболочки на нахождение в ротовой полости инородного тела (устройства), что вызывает обильное слюноотделе- ние. При механическом раздражении слизистой оболочки нёба и языка вырабатывается густая слизь, которая препятствует жесткому сцеплению языка с поверхностью манипулятора, что делает управление языком весьма затруднительным и утомительным для пользователя. Известное устройство не технологично, поскольку имеет мелкие металлические детали и трудоемко в сборке, не долговечно и не надежно, т.к. происходит интенсивный механический износ трущихся деталей. Кроме того, в процессе использования известного устройства на его поверхности образуются микроорганизмы, которые инфицируют ротовую полость - это приводит к воспалительным заболеваниям органов ротовой полости.In the device known from patent RU 2269325, the electronic signal processing module, coordinate device, functional contact buttons of the computer’s remote control and connecting wires are located in a single housing, which, in turn, is fixed on a basis made from a mold of the jaw of a specific user. Therefore, for another user, it is necessary to manufacture another device that will correspond to its anthropometric parameters. Unit production limits the range of users and makes the device expensive, difficult to operate and not technologically advanced. In addition, the basis and the body of the device placed on it prevents the tongue from contacting the sensitive receptors of the mucosa of the hard palate, which complicates the orientation of the tongue in the oral cavity and makes it impossible to accurately position the tongue on the controls of the device, which, in turn, leads to the generation of false commands. This degrades performance and complicates the technology for mass production of such a device. The disadvantages of this technical solution can also include the following: the reactions of the mucous membrane to the presence of a foreign body (device) in the oral cavity are not taken into account, which causes profuse salivation nie. With mechanical irritation of the mucous membrane of the palate and tongue, thick mucus is produced, which prevents the tongue from sticking tightly to the surface of the manipulator, which makes managing the tongue very difficult and tedious for the user. The known device is not technologically advanced, because it has small metal parts and is laborious to assemble, not durable and not reliable, because intense mechanical wear of the rubbing parts occurs. In addition, in the process of using the known device, microorganisms are formed on its surface that infect the oral cavity - this leads to inflammatory diseases of the organs of the oral cavity.
Таким образом, основным недостатком прототипа является то, что его конструкция выполнена без учета анатомических и физиологических особенностей строения и функционирования языка и ротовой полости. Кроме того, ограниченность пространства ротовой полости не позволят увеличить размер устройства и тем самым достичь приемлемых эксплуатационных характеристик.Thus, the main disadvantage of the prototype is that its design is made without taking into account the anatomical and physiological features of the structure and functioning of the tongue and oral cavity. In addition, the limited space of the oral cavity will not allow to increase the size of the device and thereby achieve acceptable performance.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Суть проблемы заключается в том что, для ввода координат (например, для перемещения курсора) устройство, размещаемое во рту, должно быть герметичным, легко управляться при помощи языка и точно реагировать на подаваемые команды. Управлять курсором необходимо точно с заданной скоростью и в точно в заданном направлении. Неточное, некорректное выполнение команд требует повторного их введения, что приводит утомляемости пользователя и стрессу. Парализованный человек (тет- раплегик) не может самостоятельно, без посторонней помощи, заменить некорректно работающее или вышедшее из строя устройство и лишается связи с внешним миром.The essence of the problem is that, to enter coordinates (for example, to move the cursor), the device placed in the mouth must be airtight, easy to control with the help of the tongue and accurately respond to the commands given. You must control the cursor precisely at a given speed and in exactly the specified direction. Inaccurate, incorrect execution of commands requires their repeated introduction, which leads to user fatigue and stress. A paralyzed person (tetraplegic) cannot independently, without assistance, replace a device that malfunctions or fails and loses contact with the outside world.
Следовательно, актуальной задачей является разработка устройства, которое свободно размещается в ротовой полости и при этом имеет высокие эксплуатационные показатели, т.е. четко и корректно откликается на подаваемые команды, правильно интерпретирует их, при этом легко управляется с помощью языка при наличии слизи в ротовой полости. Важным техническим требованием к устройству ввода координат является широкий диапазон скоростей перемещения курсора и точное позиционирование его на мелких объектах, а именно возможность работы (захват перемещение, редактирование) с объектами, размер которых 1 пиксель. При этом должна присутствовать функция быстрого перемещения курсора (через весь экран монитора — не более чем за 1 секунду).Therefore, the urgent task is to develop a device that is freely placed in the oral cavity and at the same time has high performance, i.e. clearly and correctly responds to the commands given, interprets them correctly, while being easily controlled with the help of the tongue in the presence of mucus in the oral cavity. An important technical requirement for a coordinate input device is a wide range of cursor movement speeds and its precise positioning on small objects, namely the ability to work (capture moving, editing) with objects that are 1 pixel in size. At the same time, there must be a function for quickly moving the cursor (across the entire monitor screen - in no more than 1 second).
Точность позиционирования, корректность перемещения курсора зависит от количества концентрических токопроводящих дорожек (чем гуще, плотнее сеть дорожек) тем корректнее точнее позиционирование курсора.Positioning accuracy, correct cursor movement depends on the number of concentric conductive tracks (the thicker, denser the network of tracks), the more accurate the cursor positioning is more accurate.
Ширина диапазона скорости перемещения курсора зависит от разницы электрического сопротивления в центральной и периферической частях резистивного диска. В центральной части резистивного диска сопротивление резистивного слоя должно быть высоким (для максимально медленного перемещения курсора). На периферической части резистивного диска сопротивление резистивного слоя должно быть низким (для максимально быстрого перемещения курсора). Таким образом, технический результат, на который направлено предлагаемое изобретение, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик устройства.The width of the cursor speed range depends on the difference in electrical resistance in the central and peripheral parts of the resistive disk. In the central part of the resistive disk, the resistance of the resistive layer must be high (to move the cursor as slowly as possible). On the peripheral part of the resistive disk, the resistance of the resistive layer should be low (to move the cursor as quickly as possible). Thus, the technical result that the invention is directed to is to improve the operational characteristics of the device.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве ввода координат для дистанционного управления компьютером человеком с ограниченными физическими возможностями, содержащем электрически связанные блок питания, задающее координаты и управляющее курсором компьютера координатное приспособление, выполненное с возможностью его размещения в ротовой полости, блок обработки сигналов, передатчик, по меньшей мере две функциональные контактные кнопки для выполнения функций кнопок «мыши», электрически связывающие координатное приспособление с блоком обработки сигналов, и по меньшей мере одну кнопку переключения рода работ, электрически связывающую координатное приспособление с блоком обработки сигналов, согласно изобретению, координатное приспособление снабжено отгибным выступом, шлейфом то- копроводящих дорожек, микроконтроллером, размещенным в шлейфе и включенным в цепь токопроводящих дорожек, и электрическим разъемом, установленным на конце шлейфа токопроводящих дорожек с возможностью его электрического соединения с блоком обработки сигналов. Причём координатное приспособление выполнено в форме полого диска с закругленной по радиусу внешней кромкой. Внутренняя полость диска образована первым слоем и вторым слоем гибкой полимерной пленки, соединенных по внешнему контуру. Первый слой полого диска имеет форму полусферы, вогнутой внутрь полости диска. Второй слой полого диска имеет плоскую форму, на внутренней поверхности которого нанесены токопро- водящие концентрические дорожки, сгруппированные в четыре взаимно перпендикулярных сектора. При этом токопроводящие концентрические дорожки соседних секторов разделены друг от друга общей токопроводя- щей дорожкой, а расстояние между токопроводяпдими концентрическими дорожками уменьшается от центра диска к периферии. На внутренней поверхности вогнутой полусферы диска нанесен резистивный слой, который выполнен в виде радиальных резистивных отрезков, расположенных в виде концентрических колец. Каждое кольцо расположено над соответствующими токопроводящими концентрическими дорожками, ширина концентрических колец, как и длинна резистивных отрезков, равна расстоянию между соответствующими токопроводящими концентрическими дорожками. Первый и второй слой полимерной пленки соединены друг с другом в центральной части полого диска с образованием центральной перемычки. Отгибной выступ и шлейф токопроводящих дорожек образованы первым и вторым слоем полимерной пленки, скрепленных по их плоской поверхности. Отгибной выступ и шлейф соединены с кромкой диска. Функциональные контактные кнопки и кнопка переключения рода работ размещены в отгибном выступе. Токопроводящие концентрические дорожки и концентрические кольца резистивного слоя, функциональные контактные кнопки, кнопка переключения рода работ и микроконтроллер через токопроводящие дорожки шлейфа и разъем электрически связаны с блоком обработки сигналов.The specified technical result is achieved by the fact that in the coordinate input device for remote control of a computer by a person with physical disabilities, containing an electrically connected power supply unit that sets the coordinates and controls the computer cursor coordinate device made with the possibility of its placement in the oral cavity, a signal processing unit, a transmitter at least two functional contact buttons for performing the functions of the mouse buttons, electrically connecting coordinate e device with a signal processing unit, and at least one button for switching the type of work, electrically connecting the coordinate device with the signal processing unit, according to the invention, the coordinate device is equipped with a folding protrusion, a loop of conductive tracks, a microcontroller located in the cable and connected to the circuit conductive tracks, and an electrical connector mounted on the end of the loop of conductive tracks with the possibility of electrical connection with the signal processing unit. Moreover, the coordinate device is made in the form of a hollow disk with an outer edge rounded by radius. The inner cavity of the disk is formed by the first layer and the second layer of a flexible polymer film connected along the outer contour. The first layer of the hollow disk has the shape of a hemisphere, concave into the cavity of the disk. The second layer of the hollow disk has a flat shape, on the inner surface of which are applied conductive concentric tracks, grouped into four mutually perpendicular sectors. In this case, the conductive concentric tracks of neighboring sectors are separated from each other by a common conductive path, and the distance between the conductive concentric paths decreases from the center of the disk to the periphery. A resistive layer is applied on the inner surface of the concave hemisphere of the disk, which is made in the form of radial resistive segments arranged in the form of concentric rings. Each ring is located above the corresponding conductive concentric paths, the width of the concentric rings, as well as the length of the resistive segments, is equal to the distance between the corresponding conductive concentric paths. The first and second layer of the polymer film are connected to each other in the central part of the hollow disk with the formation of a central bridge. The folding protrusion and the loop of the conductive tracks are formed by the first and second layer of the polymer film bonded along their flat surface. The folding protrusion and the loop are connected to the edge of the disk. Functional contact buttons and a button for switching the type of work are located in the folding ledge. Conducting concentric paths and concentric rings of the resistive layer, functional contact buttons, a button for switching the type of work and a microcontroller are electrically connected to the signal processing unit through the conductive paths of the loop and the connector.
Кроме того, резистивные отрезки соседних колец могут быть соединены друг с другом общей резистивной дорожкой.In addition, the resistive segments of adjacent rings can be connected to each other by a common resistive path.
Предусмотрено, что поверхность токопроводящих концентрических дорожек может быть выполнена зернистой. Краткое описание фигур чертежейIt is envisaged that the surface of the conductive concentric tracks can be made granular. Brief Description of the Drawings
На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства ввода координат для дистанционного управления компьютером.Figure 1 presents a structural diagram of a device for inputting coordinates for remote control of a computer.
На фиг.2 показано координатное приспособление.Figure 2 shows the coordinate device.
На фиг.З показано размещение и фиксация в ротовой полости человека координатного приспособления.On Fig.3 shows the placement and fixation of the coordinate device in the human oral cavity.
На фиг.4 представлены сравнительные характеристики работы устройств для ввода координат при одинаковой степени воздействия (силе нажатия) на него. Где ось X- расстояние перемещения курсора, ось Y- время перемещения курсора. Ql- зона работы с мелкими объектами где требуется медленное и точное перемещение курсора. Q2- зона работы со средними объектами где требуется средняя скорость и относительно невысокая точность перемещение курсора. QЗ- зона быстрого перемещения, здесь необходима высокая скорость перемещения курсора в заданном направлении.Figure 4 presents the comparative characteristics of the operation of devices for entering coordinates with the same degree of impact (pressing force) on it. Where the X axis is the distance the cursor moves, the Y axis the time the cursor moves. Ql - a zone of work with small objects where slow and accurate cursor movement is required. Q2 - a zone of work with medium objects where average speed and relatively low accuracy of cursor movement are required. QЗ is a zone of fast movement, a high speed of cursor movement in a given direction is necessary here.
Лучший вариант осуществления изобретенияThe best embodiment of the invention
Устройство ввода координат для дистанционного управления компьютером человеком с ограниченными физическими возможностями содержит электрически связанные блок питания (1), задающее координаты и управляющее курсором компьютера координатное приспособление (2), выполненное с возможностью его размещения в ротовой полости, блок обработки сигналов (3), передатчик (4), по меньшей мере две функциональные контактные кнопки (5) для выполнения функций кнопок «мыши», электрически связывающие координатное приспособление (2) с блоком обработки сигналов (3), и по меньшей мере одну управляющую контакт- ную кнопку переключения рода работ (6) для управления функциями клавиатуры компьютера, электрически связывающую координатное приспособление с блоком обработки сигналов (фиг.l). Координатное приспособление (2) снабжено отгибным выступом (7), шлейфом (8) токопроводящих дорожек (9), микроконтроллером (10), размещенным в шлейфе (8) и включенным в цепь токопроводящих дорожек (9), и электрическим разъемом (11), установленным на конце шлейфа токопроводящих дорожек с возможностью его электрического соединения с блоком обработки сигналов (3). Координатное приспособление (2) выполнено в форме полого диска с закругленной по радиусу внешней кромкой. Внутренняя полость диска образована первым слоем (12) и вторым слоем (13) гибкой полимерной пленки, соединенных по внешнему контуру. Первый слой полого диска имеет форму полусферы, вогнутой внутрь полости диска. Второй слой полого диска имеет плоскую форму. На внутренней поверхности второго слоя (13) нанесены токопроводящие концентрические дорожки (14), сгруппированные в четыре взаимно перпендикулярных сектора N,E,S,W (Фиг.2), при этом токопроводящие концентрические дорожки соседних секторов разделены друг от друга общей токопроводящей дорожкой (15). Расстояние между токопроводящими концентрическими дорожками уменьшается от центра диска к периферии. На внутренней поверхности вогнутой полусферы диска нанесен резистивный слой. Резистивный слой выполнен в виде радиальных резистивных отрезков Ll, L2, LЗ Ln, расположенных в виде концентрических колец Cl, C2, СЗ Cn. Каждое кольцо С расположено над соответствующими концентрическими токопроводящими дорожками (14). Ширина концентрических колец С, как и длинна резистивных отрезков L, равна расстоянию между соответствующими токопрово- дящими концентрическими дорожками (14). Первый и второй слой полимерной пленки соединены друг с другом в центральной части полого диска с образованием центральной перемычки (16). Отгибной выступ (7) и шлейф (8) токопроводящих дорожек (9) образованы первым и вторым слоем полимерной пленки, скрепленных по их плоской поверхности. Отгибной выступ и шлейф соединены с кромкой (17) диска. Функциональные контактные кнопки (5) и кнопка переключения рода работ (6) размещены в отгибном выступе (7). Токопроводящие концентрические дорожки (14) и концентрические кольца С резистивного слоя, функциональные контактные кнопки (5), кнопка переключения рода работ (6) и микроконтроллер (10) через токопроводящие дорожки (9) шлейфа (8) и разъем (11) электрически связаны с блоком обработки сигналов (3). Резистивные отрезки L соседних концентрических колец могут быть соединены друг с другом общей резистивной дорожкой. Поверхность токопроводящих концентрических дорожек (14) может быть выполнена зернистой.The coordinate input device for remote control of a computer by a person with limited physical abilities contains an electrically connected power supply unit (1) that defines the coordinates and controls the computer cursor coordinate device (2) made with the possibility of its placement in the oral cavity, a signal processing unit (3), a transmitter (4) at least two functional contact buttons (5) for performing the functions of the mouse buttons, electrically connecting the coordinate device (2) with the signal processing unit (3), and at least one control contact a button for switching the kind of work (6) to control the functions of the computer keyboard, electrically connecting the coordinate device with the signal processing unit (Fig. l). The coordinate device (2) is equipped with a folding protrusion (7), a loop (8) of the conductive tracks (9), a microcontroller (10) located in the loop (8) and included in the circuit of the conductive tracks (9), and an electrical connector (11), mounted on the end of the loop of conductive tracks with the possibility of its electrical connection with the signal processing unit (3). The coordinate device (2) is made in the form of a hollow disk with a radially rounded outer edge. The inner cavity of the disk is formed by the first layer (12) and the second layer (13) of a flexible polymer film connected along the outer contour. The first layer of the hollow disk has the shape of a hemisphere, concave into the cavity of the disk. The second layer of the hollow disk has a flat shape. Conductive concentric tracks (14) are applied on the inner surface of the second layer (13), grouped into four mutually perpendicular sectors N, E, S, W (Figure 2), while the conductive concentric tracks of neighboring sectors are separated from each other by a common conductive path ( fifteen). The distance between the conductive concentric tracks decreases from the center of the disk to the periphery. A resistive layer is deposited on the inner surface of the concave hemisphere of the disk. The resistive layer is made in the form of radial resistive segments Ll, L2, LЗ Ln, located in the form of concentric rings Cl, C2, СЗ Cn. Each ring C is located above the corresponding concentric conductive paths (14). The width of the concentric rings C, as well as the length of the resistive segments L, is equal to the distance between the corresponding current-carrying concentric paths (14). The first and second layer of the polymer film are connected to each other in the central part of the hollow disk with the formation of a central bridge (16). The folding protrusion (7) and the cable (8) of the conductive tracks (9) are formed by the first and second layer of the polymer film bonded along their flat surface. The folding protrusion and the loop are connected to the edge (17) of the disk. Functional contact buttons (5) and a button for switching the type of work (6) are placed in the folding tab (7). Conducting concentric paths (14) and concentric rings C of the resistive layer, function contact buttons (5), work switch button (6) and microcontroller (10) through the conductive paths (9) of the loop (8) and connector (11) are electrically connected to signal processing unit (3). Resistive segments L of adjacent concentric rings can be connected to each other by a common resistive path. The surface of the conductive concentric tracks (14) can be made granular.
Резистивные отрезки Ll концентрического кольца Cl выполнены тоньше и длиннее резистивных отрезков L2 концентрического кольца C2. Соответственно резистивные отрезки L2 концентрического кольца C2 выполнены тоньше и длиннее резистивных отрезков LЗ концентрического кольца СЗ, а резистивные отрезки концентрического кольца СЗ - тоньше и длиннее резистивных отрезков концентрического кольца Cn. Поскольку, от толщины и длинны резистивных отрезков зависит их сопротивление, то соответственно сопротивление резистивных отрезков Ll концентрического кольца Cl больше сопротивления резистивных отрезков концентрического кольца C2. Соответственно сопротивление резистивных отрезков концентрического кольца C2 больше сопротивления резистивных отрезков кон- центрического кольца СЗ, а сопротивление резистивных отрезков концентрического кольца СЗ больше сопротивления резистивных отрезков концентрического кольца Cn (фиг.2).The resistive segments Ll of the concentric ring Cl are thinner and longer than the resistive segments L2 of the concentric ring C2. Accordingly, the resistive segments L2 of the concentric ring C2 are thinner and longer than the resistive segments L3 of the concentric ring C3, and the resistive segments of the concentric ring C3 are thinner and longer than the resistive segments of the concentric ring Cn. Since their resistance depends on the thickness and length of the resistive segments, respectively, the resistance of the resistive segments Ll of the concentric ring Cl is greater than the resistance of the resistive segments of the concentric ring C2. Accordingly, the resistance of the resistive segments of the concentric ring C2 is greater than the resistance of the resistive segments of the con centric ring C3, and the resistance of the resistive segments of the concentric ring C3 is greater than the resistance of the resistive segments of the concentric ring Cn (figure 2).
Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:
Устройство размещают в ротовой полости вторым слоем (13) полого диска к твердому небу (фиг.З). В исходном положении полусфера полого диска удерживается центральной перемычкой (16) в центральном положении (фиг.l и 2), при котором токопроводящие концентрические дорожки (14) и общая токопроводящая дорожка (15) не замыкаются радиальными резистивными отрезками L ни в одном из секторов N,E,S,W (фиг.l). В этом случае электрический сигнал не поступает и курсор не перемещается.The device is placed in the oral cavity by the second layer (13) of the hollow disk to the hard palate (Fig.Z). In the initial position, the hemisphere of the hollow disk is held by the central jumper (16) in the central position (Fig. 1 and 2), in which the concentric conductive paths (14) and the common conductive path (15) are not closed by radial resistive segments L in any of the sectors N , E, S, W (Fig. L). In this case, no electrical signal is received and the cursor does not move.
Пользователь, в зависимости от выбранного направления перемещения курсора, кончиком языка прижимает край полусферы от центра вверх, вниз, влево, вправо или по сложной траектории. При этом резистивные отрезки L замыкают токопроводящие концентрические дорожки (14) с общей токопроводящей дорожкой (15) либо в верхнем секторе N, либо нижнем секторе S, либо левом W, либо правом E, или в комбинации смежных секторов, например, секторы N-W, N-E, S-E, S-W. Курсор перемещается в зависимости от того, в каком из секторов замыкают токопроводящие концентрические дорожки (14) с общей токопроводящей дорожкой (15). Вместе с тем, вогнутая конструкция полусферы не позволяет выполнять некорректные действия, как-то одновременно замыкать концентрические токопроводящие дорожки и общую токопроводящую дорожку противоположных секторов (например, N-S, W-E). Также пользователь может выбирать скорость перемещения курсора. Для этого он (пользователь) увеличивает или уменьшает степень нажатия языком на край полусферы.The user, depending on the chosen direction of cursor movement, with the tip of the tongue presses the hemisphere edge from the center up, down, left, right, or along a complex path. In this case, the resistive segments L close the conductive concentric paths (14) with the common conductive path (15) either in the upper sector N, or the lower sector S, or left W, or right E, or in a combination of adjacent sectors, for example, sectors NW, NE , SE, SW. The cursor moves depending on which sector closes the conductive concentric paths (14) with the common conductive path (15). At the same time, the concave hemisphere design does not allow performing incorrect actions, such as simultaneously closing concentric conductive paths and the common conductive path of opposite sectors (for example, NS, WE). The user can also select the speed of the cursor. To do this, he (the user) increases or decreases the degree of pressing the language on the edge of the hemisphere.
Для медленного перемещения курсора выполняют легкое нажатие языком на край полусферы. При этом полусфера наклоняется в сторону нажатия и резистивный отрезок Ll концентрического кольца Cl замыкает ближайшую к центру токопроводящую концентрическую дорожку одного из секторов N,E,S,W (фиг.2) или ближайшие к центру токопроводящие концентрические дорожки (14) смежных секторов N-W, N-E, S-E, S-W с общей токопроводящей дорожкой (15). Скорость перемещения курсора при этом зависит от сопротивления радиальных резистивных дорожек L.To slowly move the cursor, lightly press the tongue on the edge of the hemisphere. In this case, the hemisphere tilts in the direction of depression and the resistive segment Ll of the concentric ring Cl closes the conductive concentric path closest to the center of one of the sectors N, E, S, W (Fig. 2) or the conductive concentric paths (14) closest to the center of the adjacent sectors NW, NE, SE, SW with a common conductive path (15). The cursor movement speed in this case depends on the resistance of the radial resistive tracks L.
Для медленного перемещения и точного позиционирования курсора радиальные резистивные отрезки Ll концентрического кольца Cl выполнены более тонкими и более длинными (соответственно имеют более высокое сопротивление), чем радиальные резистивные отрезки L2, LЗ ... концентрических колец C2, СЗ ... (фиг.2).For slow movement and accurate cursor positioning, the radial resistive segments Ll of the concentric ring Cl are made thinner and longer (respectively, have higher resistance) than the radial resistive segments L2, L3 ... of the concentric rings C2, C3 ... (Fig.2 )
Кроме того, зернистая поверхность токопроводящих концентрических дорожек уменьшает площадь контакта с радиальным резистивными отрезками, что также замедляет скорость перемещения курсора. Данное конструктивное решение позволяет при использовании одного резистивного материала достичь различного сопротивления на разных уровнях управления, что, в свою очередь, позволяет использовать различные скоростные режимы перемещения курсора - от очень медленного 1 пиксель в секунду до очень быстрого (перемещение курсора через весь экран монитора не более чем за 0.5 секунды). Устройство корректно работает при нажатии языком на край полусферы с усилием от 0.5 г/см2 до 15 г/см2. При усилии менее 0.5 г/см2 возможны случайные нажатия, а при усилии более 15 г/см2 у пользователя возникает утомляемость.In addition, the granular surface of the conductive concentric tracks reduces the area of contact with the radial resistive segments, which also slows down the speed of the cursor. This design solution allows using one resistive material to achieve different resistance at different control levels, which, in turn, allows you to use different speed modes for moving the cursor - from very slow 1 pixel per second to very fast (moving the cursor across the entire monitor screen no more than in 0.5 seconds). The device works correctly when you press the tongue on the edge of the hemisphere with a force of 0.5 g / cm 2 to 15 g / cm 2 . With less effort 0.5 g / cm 2 accidental clicks are possible, and with an effort of more than 15 g / cm 2 the user will experience fatigue.
Для увеличения скорости перемещения курсора усиливают нажатие языком на край полусферы. При этом наклон полусферы в сторону нажатия увеличивается и происходит замыкание радиальными резистивными отрезками Ll и L2 соответственно концентрических колец Cl и C2 концентрических токопроводящих дорожек (14) с общей токопроводящей дорожкой (15), что дает возможность подбора скорости перемещения курсора в широком диапазоне, при этом не теряя в точности позиционирования. Для моментального перемещения курсора (например, из одной части экрана в другую) резко и до упора производят нажатие языком на край полусферы в предполагаемом направлении. При этом радиальные резистивные отрезки L полусферы замыкает все токопроводящие концентрические дорожки одного из секторов N,E,S,W (фиг.2) или все токопроводящие концентрические дорожки смежных секторов N-W, N-E, S-E, S-W с общей токопроводящей дорожкой (15). При этом сопротивление в цепи становится минимальным, соответственно курсор моментально перемещается в выбранном направлении.To increase the speed of moving the cursor, press the tongue on the edge of the hemisphere. In this case, the hemisphere tilt in the direction of depression increases and the concentric conductive tracks (14) with the common conductive path (15) are closed by the radial resistive segments Ll and L2, respectively, of the concentric rings Cl and C2, which makes it possible to select the cursor movement speed in a wide range, without losing positioning accuracy. To instantly move the cursor (for example, from one part of the screen to another), press the tongue sharply and completely against the edge of the hemisphere in the intended direction. In this case, the radial resistive segments L of the hemisphere closes all conductive concentric tracks of one of the sectors N, E, S, W (Fig. 2) or all conductive concentric tracks of adjacent sectors N-W, N-E, S-E, S-W with a common conductive path (15). In this case, the resistance in the circuit becomes minimal, respectively, the cursor instantly moves in the selected direction.
Как видно из графика (фиг.4), кривая (сплошная) предлагаемого устройства во всех зонах работы имеет (большую область) больший рабочий диапазон, как во времени, так и в расстоянии.As can be seen from the graph (figure 4), the curve (solid) of the proposed device in all areas of work has a (large area) greater operating range, both in time and in distance.
В электрическую цепь устройства включен микроконтроллер (10), который анализирует корректность проходящих в цепи сигналов, а также контролирует длительность эксплуатации устройства. При достижении определенного времени эксплуатации микроконтроллер посылает на компьютер предупреждение о необходимости замены устройства. Кроме того, микроконтроллер осуществляет контроль зарядки элемента питания устройства и предупреждение о необходимости своевременной подзарядки его или замены.A microcontroller (10) is included in the electrical circuit of the device, which analyzes the correctness of the signals passing through the circuit, and also controls the duration of the operation of the device. When a certain operating time is reached, the microcontroller sends a warning to the computer about the need to replace the device. Besides, the microcontroller monitors the charging of the device’s battery and a warning about the need for timely charging or replacement.
При прохождении через электрическую цепь некорректных сигналов, например, при замыкании противоположных секторов N-S W-E, противоположных смежных секторов, а также при отсутствии перемещения курсора в случае замыкании токопроводящей концентрической дорожки (14) одного из секторов N,E,S,W с общей токопроводящей дорожкой (15), микроконтроллер (10) информирует пользователя о поломке устройства и осуществляет активизацию программы компьютера по автодозвону в предустановленную службу экстренной помощи.When incorrect signals pass through an electrical circuit, for example, when opposite sectors NS WE are closed, opposite sectors are closed, and also when there is no cursor movement in the case of a conductive concentric track (14) closing one of the sectors N, E, S, W with a common conductive path (15), the microcontroller (10) informs the user about the breakdown of the device and activates the computer program by automatically dialing into the pre-installed emergency service.
При необходимости использовать левую или правую кнопки условной мыши передними зубами верхней и нижней челюстей нажимают на функциональные контактные кнопки (5), выполняющих функций кнопок «мыши» (фиг.l). Для переключения рода работ, например для работы устройства как аналогового джойстика, нажимают на управляющую контактную кнопку переключения рода работ (6) и выбирают нужную функцию представленную в меню. При замыкании токопроводящих концентрических дорожек резистивным слоем и при нажатии контактов кнопок (5) и (6) ток, возникающий в цепи, через микроконтроллер (10) и далее через токопроводящие дорожки (9) шлейфа (8) поступает на разъем (11), который в свою очередь соединен с блоком обработки сигналов (3), в котором сигнал обрабатывается и оцифровывается. Затем сигнал поступает в передатчик (4) и по каналу связи передается на внешний приемник радиосигналов (18), подключенный к компьютеру. Промышленная применимостьIf necessary, use the left or right buttons of the conditional mouse with the front teeth of the upper and lower jaws and click on the functional contact buttons (5) that perform the functions of the mouse buttons (Fig. L). To switch the type of work, for example, to operate the device as an analog joystick, press the control contact button for switching the type of work (6) and select the desired function presented in the menu. When the conductive concentric tracks are closed by a resistive layer and when the contacts of the buttons (5) and (6) are pressed, the current arising in the circuit passes through the microcontroller (10) and then through the conductive tracks (9) of the cable (8) to the connector (11), which in turn, connected to the signal processing unit (3), in which the signal is processed and digitized. Then the signal enters the transmitter (4) and is transmitted via a communication channel to an external radio signal receiver (18) connected to the computer. Industrial applicability
Предлагаемое устройство может быть востребовано людьми с ограниченными физическими возможностями, в частности, с параличами верхних и нижних конечностей, или род занятий которых ограничивает использование рук.The proposed device can be claimed by people with physical disabilities, in particular, with paralysis of the upper and lower extremities, or whose occupation limits the use of hands.
Клинические испытания устройства завершены и оно используется у больных с повреждением шейного отдела спинного мозга (тетраплегик).Clinical trials of the device are completed and it is used in patients with damage to the cervical spinal cord (tetraplegic).
Устройство удобно в эксплуатации при размещении его в ротовой полости человека и обеспечивает эффективное дистанционное управление компьютером с помощью языка, т.е. четко и корректно откликается на подаваемые команды, правильно интерпретирует их. Устройство имеет широкий диапазон скоростей перемещения курсора и точное позиционирование его на мелких объектах, и обеспечивает работу (захват перемещение, редактирование) с объектами, размер которых 1 пиксель. The device is convenient to use when placed in the human oral cavity and provides effective remote control of the computer using the language, i.e. clearly and correctly responds to the given commands, correctly interprets them. The device has a wide range of cursor movement speeds and its precise positioning on small objects, and provides work (capture moving, editing) with objects that are 1 pixel in size.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Устройство ввода координат для дистанционного управления компьютером человеком с ограниченными физическими возможностями, содержащее электрически связанные блок питания, задающее координаты и управляющее курсором компьютера координатное приспособление, вы- по лггенное с возможностью его размещения в ротовой полости, блок обработки сигналов, передатчик, по меньшей мере две функциональные контактные кнопки для выполнения функций кнопок «мыши», электрически связывающие координатное приспособление с блоком обработки сигналов, и по меньшей мере одну кнопку переключения рода работ, электрически связывающую координатное приспособление с блоком обработки сигналов, отличающееся тем, что координатное приспособление снабжено от- гибным выступом, шлейфом токопроводящих дорожек, микроконтроллером, размещенным в шлейфе и включенным в цепь токопроводящих дорожек, и электрическим разъемом, установленным на конце шлейфа токопроводящих дорожек с возможностью его электрического соединения с блоком обработки сигналов, причём координатное приспособление выполнено в форме полого диска с закругленной по радиусу внешней кромкой, внутренняя полость диска образована первым слоем и вторым слоем гибкой полимерной пленки, соединенных по внешнему контуру, первый слой полого диска имеет форму полусферы, вогнутой внутрь полости диска, второй слой полого диска имеет плоскую форму, на внутренней поверхности которого нанесены токопроводящие концентрические дорожки, сгруппированные в четыре взаимно перпендикулярных сектора, при этом токопроводящие концентрические дорожки соседних секторов разделены друг от друга общей токопроводящей дорожкой, а расстояние между токопро- водящими концентрическими дорожками уменьшается от центра диска к периферии, на внутренней поверхности вогнутой полусферы диска нанесен резистивный слой, который выполнен в виде радиальных резистивных отрезков, расположенных в виде концентрических колец, каждое кольцо расположено над соответствующими токопроводящими концентрическими дорожками, ширина концентрических колец, как и длинна резистивных отрезков, равна расстоянию между соответствующими токопроводящими концентрическими дорожками, первый и второй слой полимерной пленки соединены друг с другом в центральной части полого диска с образованием центральной перемычки, отгибной выступ и шлейф токопроводящих дорожек образованы первым и вторым слоем полимерной пленки, скрепленных по их плоской поверхности, отгибной выступ и шлейф соединены с кромкой диска, функциональные контактные кнопки и кнопка переключения рода работ размещены в отгибном выступе, токопроводящие концентрические дорожки и концентрические кольца резистивного слоя, функциональные контактные кнопки, кнопка переключения рода работ и микроконтроллер через токопроводящие дорожки шлейфа и разъем электрически связаны с блоком обработки сигналов.1. A coordinate input device for remote control of a computer by a physically challenged person, comprising an electrically connected power supply unit, setting coordinates and controlling a computer cursor coordinate device adapted for placement in the oral cavity, a signal processing unit, a transmitter, at least at least two functional contact buttons for performing the functions of the mouse buttons, electrically connecting the coordinate device with the signal processing unit, and at least one button for switching the type of work, electrically connecting the coordinate device with the signal processing unit, characterized in that the coordinate device is equipped with a folding protrusion, a loop of conductive tracks, a microcontroller located in the loop and included in the circuit of the conductive tracks, and an electrical connector installed at the end of the loop of conductive tracks with the possibility of its electrical connection with the signal processing unit, and the coordinate device is made in the form of a hollow disk with a radially rounded outer edge, the inner cavity of the disk is formed by the first layer and the second layer of a flexible polymer film connected along the outer contour, the first layer of the hollow disk has the shape of a hemisphere, concave into the cavity of the disk, the second layer of the hollow disk has a flat shape, on the inner whose surfaces are marked with conductive concentric paths grouped into four mutually perpendicular sectors, while the conductive concentric paths of neighboring sectors are separated by from each other by a common conductive path, and the distance between the conductive concentric paths decreases from the center of the disk to the periphery, a resistive layer is deposited on the inner surface of the concave hemisphere of the disk, which is made in the form of radial resistive segments arranged in the form of concentric rings, each ring is located above the corresponding conductive concentric paths, the width of the concentric rings, as well as the length of the resistive segments, is equal to the distance between the corresponding conductive concentric tracks, the first and second layer of the polymer film are connected to each other in the Central part of the hollow disk with the formation of the Central jumper, the folding protrusion and the loop of the conductive tracks are formed by the first and second layer of the polymer film bonded along their flat surface, the folding protrusion and the loop are connected to the edge a disk, functional contact buttons and a button for switching the type of work are located in the folding ledge, conductive concentric tracks and concentric rings of the resistive layer, function contact-functional button, a toggle button type of work and the microcontroller via wirings and loop connector electrically connected to the signal processing unit.
2. Устройство по п.l, отличающееся тем, что резистивные отрезки соседних колец соединены друг с другом общей резистивной дорожкой.2. The device according to p. 1, characterized in that the resistive segments of adjacent rings are connected to each other by a common resistive path.
3. Устройство по пп.l или 2, отличающееся тем, что поверхность токопроводящих концентрических дорожек выполнена зернистой. 3. The device according to claims 1 or 2, characterized in that the surface of the conductive concentric tracks is made granular.
PCT/RU2009/000360 2008-11-07 2009-07-21 Coordinate inputting device for the remote control of a computer by a physically handicapped person WO2010053402A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008143900 2008-11-07
RU2008143900/14A RU2388434C1 (en) 2008-11-07 2008-11-07 Device of input of coordinates for station control of computer by people with limited physical abilities

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010053402A1 true WO2010053402A1 (en) 2010-05-14

Family

ID=42153067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2009/000360 WO2010053402A1 (en) 2008-11-07 2009-07-21 Coordinate inputting device for the remote control of a computer by a physically handicapped person

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2388434C1 (en)
WO (1) WO2010053402A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5460186A (en) * 1993-04-20 1995-10-24 Buchhold; Niels Apparatus for controlling peripheral devices through tongue movement, and method of processing control signals
JPH10124243A (en) * 1996-08-26 1998-05-15 Atsuko Kitajima Input device
RU2269325C1 (en) * 2004-08-18 2006-02-10 Леонид Андреевич Косик Computer remote control device for handicapped person
RU2312639C1 (en) * 2006-07-07 2007-12-20 Леонид Андреевич Косик Device for remotely controlling computer usable by persons having limited physical abilities

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5460186A (en) * 1993-04-20 1995-10-24 Buchhold; Niels Apparatus for controlling peripheral devices through tongue movement, and method of processing control signals
JPH10124243A (en) * 1996-08-26 1998-05-15 Atsuko Kitajima Input device
RU2269325C1 (en) * 2004-08-18 2006-02-10 Леонид Андреевич Косик Computer remote control device for handicapped person
RU2312639C1 (en) * 2006-07-07 2007-12-20 Леонид Андреевич Косик Device for remotely controlling computer usable by persons having limited physical abilities

Also Published As

Publication number Publication date
RU2388434C1 (en) 2010-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8994666B2 (en) Tactile touch-sensing interface system
Wang et al. Nanowire‐based soft wearable human–machine interfaces for future virtual and augmented reality applications
US20210382555A1 (en) User Interface Control of Responsive Devices
JP6407824B2 (en) Glasses-type wearable terminal and method using the terminal
JP4357102B2 (en) Clock including a wireless control device for a computer cursor
US9075448B2 (en) Symbol encoding apparatus and method
Simpson et al. Tooth-click control of a hands-free computer interface
JP4531864B2 (en) Interface system using masticatory electromyography
KR100362244B1 (en) Pointing device
EP2889888A1 (en) Sliding-type signal input device
EP2235606B1 (en) Tongue based control device for transferring keyboard commands
Wang et al. Brain-controlled wheelchair review: From wet electrode to dry electrode, from single modal to hybrid modal, from synchronous to asynchronous
Xu et al. Continuous 2D control via state-machine triggered by endogenous sensory discrimination and a fast brain switch
RU2388434C1 (en) Device of input of coordinates for station control of computer by people with limited physical abilities
Lontis et al. Wheelchair control with inductive intra-oral tongue interface for individuals with tetraplegia
JP2009163484A (en) Rolling type input device and finger movement detection program
JP2005293512A (en) Finger-worn type data input device
RU2372880C1 (en) Coordinate input device for remote hands-free computer control
RU2312639C1 (en) Device for remotely controlling computer usable by persons having limited physical abilities
EP2216704A1 (en) System for remote management in ambient intelligence environments using electromyographic signals
Kim et al. Development of a tongue-operated switch array as an alternative input device
RU2269325C1 (en) Computer remote control device for handicapped person
WO2014015039A2 (en) Keyboard with thumb operated spacebar curser controller
Takahashi et al. Tongue motion-based operation of support system for paralyzed patients
JP2002328596A (en) Method and device for presenting tactile sense

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09825043

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09825043

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1