UA136769U

UA136769U - Універсальний бездротовий керуючий пристрій

Info

Publication number: UA136769U
Application number: UAU201904536U
Authority: UA
Original assignee: Борисов Костянтин Дмитрович
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2019-08-27

Abstract

Універсальний бездротовий керуючий пристрій містить корпус-рукоятку, датчики для вимірювання положення корпусу, пристрої для переміщування, кнопки управління, блок обробки сигналів, джерело живлення, канал зв'язку з керованим пристроєм. Блок обробки сигналів і джерело живлення розташовані в корпусі-рукоятці керуючого пристрою, а сам корпус-рукоятка має ергономічну форму, адаптовану для охоплення кистю руки, а пристрої для переміщування 1-3 розташовані в сліпій досяжності під великим і вказівним пальцями, при цьому пристрої для переміщування 1 і 2 розташовані у взаємно протилежних сторонах зі зміщенням центральних осей від 0 до 20 градусів, а кнопки управління розташовані під пристроями для переміщування 1 і 2, а також під іншими пальцями руки і зі зворотного від пальців рук боку, а датчики положення пристроїв для переміщування і руху корпусу формують осі управління шляхом маніпуляції пристроями для переміщування або положенням корпусу-рукоятки.

Description

Корисна модель належить до галузі електроніки та приладобудування, а саме до засобів дистанційного керування іншими пристроями з можливістю їх переміщення з декількома рівнями свободи, й може бути застосована для керування безпілотним літальним апаратом, авіамоделлю, персональним комп'ютером, використовуватися на базі ігрових платформ і з іншими електронними пристроями, де користувачеві необхідно відправляти навігаційні сигнали.

Для різних цілей було створено багато різних типів керуючих пристроїв. Найбільш поширеним керуючим пристроєм є так звана "миша", що видає змінні позиціонування в двох вимірах для використання в операціях управління прикладними програмами в комп'ютері.

Відомі також інші керуючі пристрої, які включають в себе так званий джойстик, який видає змінні позиціонування рукоятки корпусу також в двох вимірах. Проте, використовуючи в поєднанні з рукояткою-корпусом додаткові кнопки, можна збільшити кількість рівнів позиціювання. Однак слід розуміти, що такий пристрій фізично вимірює позиціонування тільки в двох вимірах.

Відомий також кульовий маніпулятор "трекбол", який також видає дані для двох вимірів. В ігровому планшеті "геймпад" часто використовують невелику, що нагадує джойстик, рукоятку для вимірювання змінних позиціонування, і яка може розширити діапазон функціональності контролера для управління великою кількістю даних, використовуючи додаткові кнопки.

Відомо також керуючий пристрій у вигляді керма, який надає дані лише в одному вимірі.

У багатьох розроблених рішеннях керуючий пристрій здійснює тільки приблизний аналіз й не здійснює абсолютні вимірювання, а це значить, що для того, щоб програмне забезпечення, основане на абсолютних координатах керуючого пристрою, працювало правильно, необхідно проводити складні обчислення, щоб безперервно відстежувати стан керуючого пристрою. Такі пристрої вимагають регулярного калібрування, в іншому випадку вони постійно накопичують помилку, яка швидко може стати критичною, в залежності від програмного забезпечення.

Для прикладних програм для промислового або професійного застосування двох рівнів вимірів часто буває недостатньо і є потреба у вимірюванні й аналізі більшої кількості фізичних змінних позиціонування. Для цієї мети в літературі можна знайти кілька рішень, наприклад рішення за патентом М/О 8805942, де показано пристрій джойстика, має шість рівнів свободи, в 05 5854622, де показаний джойстик для вимірювання руху по шести рівням свободи, або в 05

Зо 5565891, де показаний ручний контролер з шістьма рівнями свободи.

Однак вказані рішення є складними у використанні і дорогими у виробництві, і/або вони можуть бути важкі в реалізації в деяких прикладних галузях, в залежності від їх геометричних розмірів і конструкції.

Всі вищезгадані рішення розраховані на ручний керуючий пристрій для управління деякими зовнішніми процесами, наприклад в комп'ютерній грі або для управління обладнанням, транспортним засобом або іншими машинами.

Також відомий і широко застосовується спосіб введення інформації в ЕОМ з використанням клавіатури і джойстика, при якому задіяні дисплей і блок управління. Натискаючи на клавіші клавіатури або на джойстик, оператор ініціює передачу відповідних електронних кодів на блок управління. Отримуючи електронні коди, блок управління генерує відповідні керуючі команди.

Також відомий патент 05 7379052 "Ручні пристрої управління комп'ютером", за яким пристрій кріпиться до руки ременем або іншими способами, а керуючим елементом пристрою може бути трекбол, джойстик, сенсорна панель або інший пристрій, яким можна керувати великим пальцем користувача окремо або в поєднанні з одним або декількома перемикачами, що натискаються кінчиками пальців й забезпечує функціональну еквівалентність стандартної комп'ютерної миші або трекбола.

Недоліками вказаного аналога є функціональна нерівномірність навантаження на пальці.

Практично всі функції виконуються великим пальцем руки, а решта пальців руки не діють. Це знижує ефективність і швидкість управління.

Аналогом заявленого рішення є патент РФ Мо 2333527 "Пристрій введення інформації в

ЕОМ - проти перевантажувальний поліджойстик".

Відповідно до патенту Мо 2333527 пристрій містить зовнішню оболонку, що охоплює кисть руки. Всередині оболонки розташована внутрішня оболонка, що має форму кисті руки, а між оболонками навпаки поверхні фаланг пальців розташовані чутливі елементи. На нижній внутрішній поверхні зовнішньої оболонки навпроти нижніх поверхонь кінцевих фаланг пальців руки розташовані керуючі датчики, з'єднані своїми чутливими елементами в цих місцях з еластичною внутрішньою оболонкою пристрою. Як керуючі датчики використовуються двокоординатні або однокоординатні джойстики, або кнопки, або різні комбінації різних джойстиків і кнопок.

У аналогу зовнішня оболонка нерухомо з'єднана або з міцним елементом корпусу, в якому ведеться введення інформації в ЕОМ, наприклад транспортного засобу або іншого керованого об'єкта, або з гіростабілізованою поверхнею в зоні зручної досяжності оператора.

Недоліком аналога є високий рівень перешкод передачі сигналу і незручність користування, так як руки швидко втомлюються, постійно перебуваючи в положенні, показаному на кресленнях до опису патенту.

Найближчим аналогом був вибраний маніпулятор ЕТ Аміаг компанії Ріціайу Тесі (патент

ИБ5Б10,198,086). Так, в більшості випадків зазвичай використовується кілька контролерів для того, щоб користувач міг контролювати об'єкт управління, який має більше трьох рівнів свободи.

Крім того, для будь-якої звичайної системи управління, яка управляє об'єктом, що має шість рівнів свободи, потрібно кілька контролерів. Наприклад, набір незалежних контролерів або пристроїв введення (наприклад, джойстики, керуючі колонки, циклічні джойстики, ножні педалі та/або інші незалежні контролери, які можуть бути відомі одному або декільком фахівцям в даній галузі) можуть бути застосовні для передачі безлічі різних параметрів обертання (наприклад, тангажу, рискання і крену) від користувача до об'єкта управління (наприклад, літального апарата, підводних апаратів, космічного корабля, об'єкта управління у віртуальному середовищі тощо). Аналогічно, набір незалежних контролерів може бути надано для управління іншими навігаційними параметрами, такими як переміщення (наприклад, переміщення по осях х, у і 2) у тривимірному (30) просторі, швидкості, прискорення і/або безліч інших параметрів команди.

Найближчий аналог описує кілька варіантів здійснення системи управління, яка дозволяє користувачеві контролювати об'єкт до шести рівнів свободи одночасно і незалежно, використовуючи один контролер. В першому варіанті здійснення прототип може включати в себе один елемент управління для прийому-передачі обертальних рухів (наприклад, тангажу, рискання і крену), а інший елемент керування для прийому-передачі поступальної ходи (наприклад, зміщення вздовж Х, М і 7). Обидва елементи розміщені в об'єднаному ручному контролері для однієї руки користувача.

Недоліком вказаного найближчого аналога є те, що використання другої руки в прототипі все одно є необхідним, так як частина кнопок управління розташовані в підставці (другий

Зо елемент керування) контролера, куди пальці руки, що тримають рукоятку першого елемента керування, не дістають, а також друга рука необхідна для упору.

Відмінною особливістю заявленої корисної моделі від найближчого аналога є відсутність необхідності в постійному використанні другої руки для здійснення управління об'єктом в реальності або в ігровому процесі.

Також заявлену корисну модель від найближчого аналога відрізняють малі габарити, менша вага і відсутність окремих деталей корпусу, які використовуються для управління.

В основу корисної моделі поставлена задача створити компактний і ергономічно незалежний керуючий пристрій, що дозволяє дистанційно керувати сторонніми об'єктами, зокрема безпілотними літальними апаратами, вимірювати змінні положення руки в декількох (до 9-ти) рівнях свободи і з можливістю надавати додаткові дані для управління, використовуючи в поєднанні з рівнями позиціонування окремі керуючі кнопки, а також надавати користувачеві можливість здійснювати керування лише однією рукою, при цьому зберігаючи можливість тривалого введення інформації без втоми руки, що виключає утворення фізичних пошкоджень та захворювань руки користувача.

Поставлена задача вирішується тим, що універсальний бездротовий керуючий пристрій містить корпус-рукоятку, датчики для вимірювання положення корпусу, пристрої для переміщування, кнопки управління, блок обробки сигналів, джерело живлення, канал зв'язку з керованим пристроєм. Блок обробки сигналів і джерело живлення розташовані в корпусі- рукоятці керуючого пристрою, а сам корпус-рукоятка має ергономічну форму, адаптовану для охоплення кистю руки, а пристрої для переміщування 1-3 розташовані в сліпій досяжності під великим і вказівним пальцями, при цьому пристрої для переміщування 1 і 2 розташовані у взаємно протилежних сторонах зі зміщенням центральних осей від 0 до 20 градусів, а кнопки управління розташовані під пристроями для переміщування 1 і 2, а також під іншими пальцями руки та зі зворотного від пальців рук боку, а датчики положення пристроїв для переміщування і руху корпусу формують осі управління шляхом маніпуляції пристроями для переміщування або положенням корпусу-рукоятки.

При цьому відстань між кінцевими точками центральних осей пристроїв для переміщування 1 ї З складає від 15 до 70 мм, а відстань від кінцевої точки центральної осі пристрою для переміщування 1 до кнопок під пальцями руки складає від 25 до 85 мм, а відстань від кінцевих бо точок центральної осі пристроїв для переміщування 1 і 2 складає від 40 до 70 мм.

Додатково як датчики для вимірювання положення корпусу-рукоятки використовуються гіроскоп, акселерометр, компас, магнітометр або датчик, що поєднує в собі всі вказані вище.

Додатково як кнопки управління можуть використовуватися сенсорні кнопки, а також кнопки з виступом з корпусу на величину до 2,5 мм.

Додатково кнопки управління можуть мати різнопозиційні перемикачі з фіксацією.

Функції кнопок управління встановлюються оператором програмним шляхом і/або за допомогою додатково розташованої під великим пальцем руки кнопки управління, що дозволяє призначити іншим кнопкам нове значення.

Додатково канал зв'язку з керованим пристроєм являє собою інтерфейс стану керуючого пристрою і з'єднання з іншими пристроями.

Додатково керуючий пристрій забезпечений роз'ємом для контактного підключення сторонніх електронних пристроїв.

При проектуванні корисної моделі застосовувався принцип максимізації потоку інформації від користувача до керованого пристрою через керуючий пристрій. Тому завдяки дизайну на введення кожної команди або використання пристроїв для переміщування витрачається не більше 0,25 секунди.

Завдяки протилежно поставленим двом пристроям для переміщування під великий і вказівний палець, а так само розташуванню 3-го пристрою для переміщування і кнопок в зоні швидкого "сліпого" (що не потребує візуального контролю) доступу, досягається доступність всього функціоналу дворучних джойстиків і пультів управління в одній руці.

Канал зв'язку з керованим пристроєм містить комунікаційний інтерфейс для зв'язку з зовнішніми пристроями або додатковими пристроями, прикріпленими до пристрою. До таких додаткових пристроїв, крім інших, можуть належати смартфон, планшет, пристрій силового зворотного зв'язку, затискні пристрої або подібні пристрої для взаємодії з користувачем керуючого пристрою.

Інтерфейс для зв'язку з зовнішніми пристроями або входи внутрішніх датчиків можуть бути реалізовані за допомогою будь-якого відповідного з'єднувача або з'єднувачів, які відомі фахівцям в даній галузі техніки, включаючи, крім іншого, ОВ (універсальна послідовна шина),

Рігем/іге, К5232, 5485, ЕШПегпеї, паралельний порт Сепігопіс5, СРІВ (універсальна інтерфейсна

Зо шина), різні бездротові інтерфейси (наприклад, Вісефооїй і УМ'АМ) і т.д. Всі перераховані інтерфейси відповідають існуючим стандартним інтерфейсам, однак слід розуміти, що інтерфейси для заявленої корисної моделі можуть бути створені за стандартами, які з'являться в майбутньому, або навіть бути нестандартними інтерфейсами.

Суть корисної моделі пояснюють креслення.

На Фіг. 1 вигляд з одного боку керуючого пристрою.

На Фіг. 2 вигляд з іншого боку керуючого пристрою.

Універсальний бездротовий керуючий пристрій включає в себе пристрої для переміщення по типу аналогових стиків (1-3), які розташовані таким чином, щоб перебувати в 0,25-секундній досяжності наосліп під великим і вказівним пальцями.

Пристрій для переміщення (аналоговий стік) З розташований в стороні від іншого пристрою для переміщення 1, й управління ним здійснюється великим пальцем.

Пристрої для переміщення 1 і 2 розташовані у взаємно протилежних напрямках зі зміщенням своїх центральних осей від 0 до 20 градусів.

Керуючий пристрій визначає своє положення в просторі за допомогою формування двох віргуальних осей, управління якими здійснюється шляхом відхилення положення корпусу- рукоятки від центральної осі за допомогою 9-ти осьового гіроскоп-акселерометр-компас датчиків.

Датчики розташовуються усередині корпусу і активуються або натисканням визначеної в налаштуваннях кнопки, або при включенні пристрою (визначається користувачем). Центральна вісь віртуальних осей задається в момент активації віртуальних осей.

Двовісний датчик положення Та з пристроєм для переміщення 1, знаходиться на задній стороні керуючого пристрою і розташований безпосередньо під великим пальцем користувача.

Праворуч від нього знаходиться двовісний датчик За, пов'язаний з пристроєм для переміщення

З зменшених розмірів для управління другорядними функціями або для програмування їх на кнопковий режим роботи.

Двовісний датчик 2а, пов'язаний з пристроєм для переміщення 2, розташований під вказівним пальцем й протиставлений у напрямку до датчика Та таким чином, щоб в процесі використання не тільки здійснювати введення даних, а й виступати додатковою точкою утримання керуючого пристрою в руці.

На керуючому пристрої так само присутні 15 кнопок управління, що видають функціональні сигнали: - 6 кнопок без фіксації, 2 з яких розташовані під пристроями для переміщення (1,2). - З кнопки (4-6) розташовані під кінчиками середнього, безіменного пальця й мізинця в пазах для пальців, які посилають відповідний командний сигнал тільки при натисканні. - З трипозиційні перемикачі (7-15) з фіксацією розташовані праворуч від пристрою для переміщення 2 і кнопок 4-6.

Кожне окреме положення перемикача активує кнопку певного номера на постійній основі, поки перемикач не буде переведений в інше положення.

Група трипозиційних перемикачів рекомендується для призначення функцій, випадкова активація яких може негативно позначитися на загальному процесі управління або можуть становити небезпеку для керованого пристрою або для людей.

Під пристроєм для переміщення З на відстані однієї фаланги великого пальця розташована кнопка 16, за допомогою натискання якої можна призначати ще одне значення будь-якій іншій кнопці на керуючому пристрої.

Дана кнопка призначена для натискання фалангою великого пальця. 17 - монітор стану джойстика та/або роз'єм для підключення до інших пристроїв.

Заявлена корисна модель при підключенні через бездротовий інтерфейс-модуль до комп'ютера визначається як ігровий контролер або як віртуальний порт для підключення телеметрії.

Заявлена корисна модель можна використовувати в іграх або інших програмних продуктах як ігровий маніпулятор, а через програму-настроювач можна задавати значення кнопок і пристроям для переміщення, відключати або пере призначати осі, кнопки і їх функції. При необхідності, через програму-настроювач здійснюється налаштування радіомодуля, як додаткового пристрою для заявленої корисної моделі.

Заявлена корисна модель може знайти застосування в комп'ютерних іграх, в управлінні транспортними засобами, а також для імітаторів. Імітатори застосовуються в різних областях, наприклад, для підготовки пілотів, операторів верстатів, лікарів тощо.

В одному з варіантів здійснення передбачається безліч універсальних бездротових

Зо пристроїв, що управляють, які з'єднані з єдиним інтерфейсним пристроєм (не показано), наприклад два керуючих пристрої, де один керуючий пристрій використовується для управління одним процесом, а інший керуючий пристрій використовується для управління іншим процесом.

Наприклад, в ігрових застосуваннях (в комп'ютерних іграх) один пристрій може використовуватися для управління переміщеннями персонажа, а другий керуючий пристрій використовується для управління обладнанням, яке використовує цей персонаж (наприклад, автомобіль і т.п.). Таким чином, користувач може одночасно керувати декількома функціями або діями одночасно. Такий здвоєний керуючий пристрій може використовуватися для управління й іншим обладнанням, які відомі фахівцям в конкретній галузі.

Заявлену корисну модель можна використовувати при експлуатації, навчанні та/або програмуванні роботів. Оператор може керувати роботом, використовуючи керуючий пристрій при експлуатації робота або при програмуванні робота на автоматичне виконання завдань.

Роботом в цьому випадку може бути пристрій, що використовується в автоматизованих виробничих процесах, наприклад на складальних лініях на заводах і т.п.

Слід зазначити, що слова; "містить, включає, складається" не виключає наявності інших елементів або кроків, крім перерахованих, а також не виключається наявність безлічі сукупності таких елементів.

Вищенаведений варіант реалізації корисної моделі наведено лише для прикладу і не обмежує об'єм правової охорони. Фахівцям очевидні інші рішення, варіанти застосування, цілі та функції, що входять в обсяг правової охорони заявленої корисної моделі.

Claims

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Універсальний бездротовий керуючий пристрій, що містить корпус-рукоятку, датчики для вимірювання положення корпусу, пристрої для переміщування, кнопки управління, блок обробки сигналів, джерело живлення, канал зв'язку з керованим пристроєм, який відрізняється тим, що блок обробки сигналів і джерело живлення розташовані в корпусі-рукоятці керуючого пристрою, а сам корпус-рукоятка має ергономічну форму, адаптовану для охоплення кистю руки, а пристрої для переміщування (1-3) розташовані в сліпій досяжності під великим і вказівним пальцями, при цьому пристрої для переміщування (1 і 2) розташовані у взаємно протилежних бо сторонах зі зміщенням центральних осей від 0 до 20 градусів, а кнопки управління розташовані під пристроями для переміщування (1 і 2), а також під іншими пальцями руки і зі зворотного від пальців рук боку, а датчики положення пристроїв для переміщування і руху корпусу формують осі управління шляхом маніпуляції пристроями для переміщування або положенням корпусу- рукоятки.

2. Універсальний бездротовий керуючий пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що відстань між кінцевими точками центральних осей пристроїв для переміщування (1 і 3) складає від 15 до 70 мм...

3. Універсальний бездротовий керуючий пристрій за будь-яким з пп. 1-2, який відрізняється тим, що відстань від кінцевої точки центральної осі пристрою для переміщування (1) до кнопок під пальцями руки складає від 25 до 85 мм.

4. Універсальний бездротовий керуючий пристрій за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що відстань від кінцевих точок центральної осі пристроїв для переміщування (1 і 2) складає від 40 до 70 мм.

5. Універсальний бездротовий керуючий пристрій за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що як датчики для вимірювання положення корпусу-рукоятки використовують гіроскоп, акселерометр, компас, магнітометр.

6. Універсальний бездротовий керуючий пристрій за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що як датчики для вимірювання положення корпусу-рукоятки використовують 9-вісний датчик.

7. Універсальний бездротовий керуючий пристрій за будь-яким з пп. 1-4, 6, який відрізняється тим, що як кнопки управління використовують сенсорні кнопки.

8. Універсальний бездротовий керуючий пристрій за будь-яким з пп. 1-4, 6, який відрізняється тим, що як кнопки управління використовують кнопки з виступом з корпусу на величину до 2,5

ММ.

9. Універсальний бездротовий керуючий пристрій за будь-яким з пп. 1-4, 6, 8, який відрізняється тим, що кнопки управління можуть мати різнопозиційні перемикачі з фіксацією.

10. Універсальний бездротовий керуючий пристрій за будь-яким з пп. 1-4, 6, 8-9, який відрізняється тим, що функції кнопок управління встановлюються оператором програмним шляхом і/або за допомогою додатково розташованої під великим пальцем руки кнопки Зо управління, що дозволяє призначити іншим кнопкам нове значення.

11. Універсальний бездротовий керуючий пристрій за будь-яким з пп. 1-4, б, 8-10, який відрізняється тим, що канал зв'язку з керованим пристроєм являє собою інтерфейс стану керуючого пристрою і з'єднання з іншими пристроями.

12. Універсальний бездротовий керуючий пристрій за будь-яким з пп. 1-4, б, 8-11, який відрізняється тим, що керуючий пристрій забезпечений роз'ємом для контактного підключення сторонніх електронних пристроїв.