Патент на изобретение №2197746
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) МАНИПУЛЯТОР “САМОХОДНАЯ ЧЕРЕПАХА ПРОХОРОВА WONDERTURTLE” (ВАРИАНТЫ)
(57) Реферат: Изобретение относится к устройствам ручного ввода информации в компьютер. Техническим результатом является обеспечение механической обратной связи от компьютера к оператору. Для этого устройство содержит датчики поворота, двухкоординатные колесоподобные элементы, установленные на осях, двигатели и/или тормозные устройства, при этом двухкоординатные колесоподобные элементы состоят из остова-рамы и опорных тел вращения. 2 з.п. ф-лы, 8 ил. Изобретение относится к устройствам ручного ввода информации в компьютер. Уровень техники Известен ряд конструкций двух- и трехкоординатных манипуляторов типа “мышь”, например, некоторые конструкции описаны в [1] Патент России SU 1737473 A1 от 30.05.92. [2] Прохоров В. В. Трехкоординатный манипулятор графической информации “черепаха”. Патент России RU 2123201 С1, 31.03.97. [3] Olson, L.T. Inertial mouse system. Patent US 4787051, Nov.22, 1988. [4] Lawrence, James G.; Diaz, Oscar R.; Erdmann (Jr.), Robert E. Point and select device. Patent US 4939508A, July 07, 1990 (Oct. 31, 1988). [5] Glynn, B. J. Computer apparatus input device for three-dimensional information. Patent US 5181181, Sep. 27, 1990. [6] Gorniak, A.M. System and apparatus for providing three dimensions of input into a host processor. Patent US 4961138, Oct. 2, 1990. Конструкция [1] включает перемещаемый оператором рукой по столу корпус, в котором установлен двухкоординатный датчик перемещения, состоящий из шара, расположенного в гнезде корпуса и соприкасающегося с рабочей поверхностью под действием собственного веса, кинематически связанных с шаром двух валиков, величина угла поворота каждого из которых регистрируется датчиком, с каждым из валиков соединены флажки, направление отклонения которых регистрируется еще двумя датчиками. Одним из недостатков этой конструкции является отсутствие возможности использования обратной связи от компьютера к оператору в виде создания компьютером управляемого повышения сопротивления перемещению манипулятора оператором или инициируемого компьютером перемещения манипулятора по опорной поверхности без усилий оператора. Сущность изобретения Изобретение относится к устройствам ручного ввода информации в компьютер. Задача создания механической обратной связи от компьютера к оператору решена в изобретении по п. 1 формулы изобретения путем использования “двухкоординатных колесоподобных элементов” (2кКЭ) на осях, закрепленных в корпусе манипулятора. 2кКЭ обладает способностью не только катиться (в широком смысле), подобно обычному колесу, в направлении, перпендикулярном оси вращения 2кКЭ (направлении возможного качения), но и перемещаться по опорной поверхности в произвольном направлении относительно оси вращения 2кКЭ, в том числе – в направлении, перпендикулярном направлению его возможного качения, причем, все такие движения для 2кКЭ происходят без проскальзывания. Направление возможного качения является “рабочим направлением” 2кКЭ. Каждый из этих 2кКЭ может совместно с датчиком поворота участвовать в измерении компоненты перемещения некоторой связанной с 2кКЭ “рабочей точки” вдоль связанного с 2кКЭ “рабочего направления”, параллельного опорной поверхности, и нечувствителен к компоненте перемещения точки измерения в направлении, перпендикулярном рабочему направлению. Каждый из этих 2кКЭ или часть их совместно с двигателем или (и) с тормозным устройством создает приложенный к “рабочей точке” направленный вдоль “рабочего направления” вектор движущей или тормозящей силы. В зависимости от количества используемых 2кКЭ с датчиками поворота возможно измерение манипулятором линейных перемещений (если использован 1 2кКЭ с датчиком поворота), двух координат перемещения манипулятора по опорной поверхности (при использовании 2-х 2кКЭ с датчиками поворота), а также и поворотов манипулятора относительно прямой, перпендикулярной опорной поверхности (при использовании 3-х и более элементов 2кКЭ с датчиками поворота). В изобретении по п. 2 формулы решается задача уменьшения количества двигателей при необходимости только поступательного перемещения манипулятора посредством установки нескольких 2кКЭ одинакового размера на общую ось. Задача увеличения количества факторов воздействия на оператора в обратной связи от компьютера к оператору решается в изобретении по п.3 формулы посредством выполнения верхней части корпуса подвижной и применения исполнительных устройств (двигателей), позволяющих перемещать верхнюю часть корпуса относительно основания, и (или) управляемых тормозных устройств, затрудняющих ее перемещение. При этом положение подвижной верхней части корпуса относительно основания может регистрироваться дополнительно установленными на корпусе датчиками. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Некоторые из возможных инженерных решений 2кКЭ, на которых базируется устройство, представлены на фиг.1-4. 2кКЭ состоит из остова-рамы 1, оси вращения остова-рамы 3 и некоторого количества опорных тел вращения 2, которые могут свободно вращаться вокруг осей, закрепленных на периферии остова-рамы перпендикулярно оси вращения остова-рамы. При описанной конструкции 2кКЭ может за счет вращения остова-рамы вокруг оси вращения остова-рамы перемещаться в направлении, перпендикулярном оси вращения остова-рамы; при этом опорные тела вращения неподвижны относительно остова-рамы. С другой стороны, 2кКЭ может перемещаться по опорной поверхности в направлении вдоль оси вращения остова-рамы за счет вращения опорного тела вращения, соприкасающегося с опорной поверхностью, вокруг своей оси (всех таких опорных тел вращения вокруг своих осей, если их несколько), при этом остов-рама не поворачивается относительно вращения остова-рамы. При движении устройства в произвольном направлении могут вращаться и остов-рама, и опорные тела вращения. Одно возможное инженерное решение устройства “Манипулятор “Самоходная черепаха Прохорова Wonder Turtle”” представлено на фиг.5. В данном случае применены 3 элемента 2кКЭ 2 на осях 3, с которыми соединены двигатель и датчик поворота и (или) управляемое тормозное устройство 4; оси 3 установлены на корпусе с возможностью вращения на опорах 6. В зависимости от количества используемых 2кКЭ с датчиками поворота возможно измерение манипулятором линейных перемещений (если использован 1 2кКЭ с датчиком поворота), двух координат перемещения манипулятора по опорной поверхности (при использовании 2-х элементов 2кКЭ с датчиками поворота), а также и поворотов манипулятора относительно прямой, перпендикулярной опорной поверхности (при использовании 3-х и более элементов 2кКЭ с датчиками поворота). При использовании в манипуляторе 1-го или 2-х элементов 2кКЭ с датчиками поворота показания датчиков могут непосредственно использоваться в прикладных программах, с которыми используется манипулятор. При использовании в манипуляторе 3-х или более элементов 2кКЭ с датчиками поворота показания датчиков можно использовать непосредственно либо после предварительного преобразования показаний датчиков дополнительным программным модулем компьютера, совместно с которым используется манипулятор, или встроенным в манипулятор микроконтроллером, в компоненты поступательного перемещения манипулятора и его поворот относительно оси, перпендикулярной опорной поверхности. Покажем принципиальную возможность вычисления компонент поступательного движения и поворота манипулятора по показаниям датчиков манипулятора для случая, когда в манипуляторе использованы три элемента 2кКЭ с датчиками поворота. Будем считать, что для однокоординатных колесных датчиков, образуемых 2кКЭ с датчиками поворота, выполнены 2 условия: (1) рабочие направления 1-го и 2-го 2кКЭ не параллельны, (2) прямые, проходящие через рабочие точки 2кКЭ в рабочем направлении, не пересекаются в одной точке. Построения поясняются на фиг.6. Пусть в системе координат, связанной с основанием манипулятора, рабочие точки 1-го, 2-го и 3-го 2кКЭ характеризуются векторами ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Обозначим ![]() ![]() ![]() ![]() Таким образом, выше получено (с точностью до обозначений), что ![]() где ![]() ![]() где dux и duy – составляющие поступательного движения точки ![]() ![]() Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 10.04.2006
Извещение опубликовано: 7.03.2007 БИ: 09/2007
|
||||||||||||||||||||||||||