ТРЕХМЕРНЫЙ МАНИПУЛЯТОР - МЫШЬ

Изобретение относится к устройствам управления объектами, в частности, к устройствам управления объектами, отображаемыми на дисплее компьютера, используемыми в мобильных телефонных аппаратах, бытовых и технологических устройствах, компьютерных манипуляторах. Изобретение может быть использовано для ввода, обработки и вывода данных путем управления объектами любых устройств визуального отображения текстовой и графической информации, а также для управления роботизированными объектами, летательными и подводными аппаратами, управления объектами в компьютерных симуляторах и при трехмерном проектировании.
В настоящее время существует множество устройств обработки и управления информацией (US 4546347, 08.10.1985, US 4751380, 14.06.1988, JP 54-126426, 01.10.1979, EP 0081348 A2, 15.06.1983, EP 0146843 A2, 03.07.1985 и пр.), принцип работы которых основан на том, что курсор устройства, отображаемый на дисплее, связывают электронным способом с механическим сенсором (в простейшем случае шариком, снабженным системой датчиков), а затем перемещают рукой это устройство относительно анализируемой неподвижной поверхности. Существуют и такие изотонические устройства, как трекболы, трекпойнты, тачпады и пр.
Эти устройства позволяют управлять объектами на плоскости, т.е. управление объектами осуществляется за счет обрабатываемых сигналов только по двум координатам (например, X и Y).
Одним из существенных недостатков этих устройств является невозможность одновременного управления по третьей координате (например, Z), т.е. невозможность полноценного управления объектами в пространстве.
Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототипом) является трехмерный микроджойстик, описанный в заявке RU 2301439 C1, 25.10.2005. Трехмерный микроджойстик содержит корпус с управляющей рукояткой, которая соединена с упругим элементом, на поверхности которого расположены тензорезисторы, соединенные с микропроцессором с помощью шин и средств передачи данных. Упругий элемент трехмерного микроджойстика выполнен в форме полого конуса, сужающегося кверху. Конусовидная форма упругого элемента способствует свободному разложению вектора силы, приложенной к управляющей рукоятке трехмерного микроджойстика, на три проекции на координатные оси X, Y и Z за счет размещения тензорезисторов на внешней и внутренней поверхностях конуса таким образом, что они регистрируют комбинации его деформаций в трех плоскостях при различной нагрузке. Тензорезисторы на упругом элементе расположены радиально от центра.
Одним из недостатков прототипа является относительное неудобство управления, так как одной ручкой приходится управлять объектом сразу по трем координатам, что приводит к возникновению ошибок управления.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание простого и, вместе с тем, полноценного трехмерного манипулятора, позволяющего управлять объектами с шестью степенями свободы.
Предложен трехмерный манипулятор-мышь, содержащий корпус с тремя миниджойстиками, соединенными с микропроцессором с помощью шин и средств передачи данных.
Основные отличия заявляемой полезной модели заключаются в том, что в качестве управляющих элементов используются три двухкоординатных миниджойстика, причем два из них расположены в центральной передней части корпуса, а третий расположен на левой (для правшей) или правой (для левшей) стороне корпуса в зоне доступа большого пальца, при этом все миниджойстики расположены вертикально.
Предлагаемый трехмерный манипулятор-мышь позволяет управлять перемещением объектов в пространстве, а также управлять вращением объектов вокруг трех взаимно перпендикулярных осей координат.
Для управления перемещением и вращением объекта прикладывают силовое воздействие к управляющим рукояткам миниджойстиков трехмерного манипулятора путем нажатия пальцами руки в направлении требуемого перемещения или вращения объекта и прекращают силовое воздействие при необходимости его остановки.
Описание предлагаемого трехмерного манипулятора поясняется фигурами 1, 2 и 3.
На фигурах 1-3 цифрами обозначены:
1 - корпус;
2 - миниджойстик;
3 - опорная поверхность манипулятора;
4 - нижняя поверхность манипулятора;
5 - оптический сенсор.
На фигуре 1 показан трехмерный манипулятор, на корпусе 1 которого, выполненного в форме, удобной для расположения руки оператора, размещены три миниджойстика 2.
На фигуре 2 показана нижняя поверхность манипулятора 4, на которой расположен оптический сенсор 5.
Удобство в работе с трехмерным манипулятором определяется, во-первых, тем, что он представляет собой легко умещающее в ладони изделие, а во-вторых, тем, что в процессе работы его управляющие рукоятки трех миниджойстиков обращены к манипулирующим пальцам руки оператора, располагающейся поверх корпуса трехмерного манипулятора.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Удерживая мышь-трехмерный манипулятор за корпус 1 в руке, нажимают пальцами руки управляющие рукоятки миниджойстиков 2 в нужном направлении. Микропроцессор (на фигурах не показан), вычисляет угол приложения силы по формулам, заложенным в его памяти, определяет приращения и перемещает или вращает объект, пока нажат тот или иной миниджойстик.
Скорость перемещения или вращения объекта изменяют путем изменения величины приложенного усилия на управляющую рукоятку миниджойстиков 2. Каждый миниджойстик способен вырабатывать сигналы управления по двум координатам. Поэтому три джойстика способны управлять объектом с 6-ю степенями свободы - осуществлять перемещение по трем координатам и осуществлять вращение объекта вокруг трех осей 3-х мерной системы координат. Распределение функций каждого джойстика осуществляется программным путем в соответствие с задачами стоящими перед оператором.
Наличие оптического сенсора на нижней поверхности манипулятора позволяет использовать его в качестве компьютерной мыши, при этом миниджойстики выполняют функции обычных кнопок мыши.
Переключение режимов работы трехмерного манипулятора осуществляется программным путем.
Технический результат
Предлагаемое изобретение позволяет удобно управлять перемещением объекта в пространстве по трем координатам и одновременно управлять вращением объекта в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
Устройство может найти применение при управлении разнообразными виртуальными и реальными объектами, а также при трехмерном проектировании, а в дальнейшем, при работе с трехмерными операционными системами.