ПЕРЧАТКА ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ

Полезная модель относится к области электроники, а именно к вводным устройствам с обнаружением ориентации устройства, в частности к виртуальным перчаткам, предназначенным для работы с интерактивными устройствами, компьютерной робототехникой и компьютером.
Известна перчатка виртуальной реальности (Перчатка виртуальной реальности: патент №179301, Российская Федерация, заявка № RU 2017137682; заявл. 27.10.2017; опубл. 07.05.2018), содержащая датчики, расположенные на пальцах перчатки, причем датчики подключены к системной плате. В качестве датчиков использованы сенсоры IMU, расположенные внутри перчатки, выполненной из ткани. Каждый из сенсоров IMU содержит в себе акселерометр, гироскоп и магнитометр. Четыре IMU сенсора расположены на предпоследних фалангах мизинца, безымянного, среднего и указательного пальцев, два IMU сенсора расположены на первой и второй фалангах большого пальца, один сенсор IMU расположен на системной плате. На пальцах перчатки закреплены вибрационные моторы, по одному на каждом пальце, причем на всех пальцах, кроме большого, вибрационные моторы закреплены на предпоследних фалангах пальцев, а на большом пальце вибрационный мотор закреплен на последней фаланге. На перчатке закреплена системная плата, где расположен вычислительный модуль; сенсоры IMU, вибромоторы, аккумулятор подключены к системной плате посредством проводов; совмещенный модуль с IMU сенсором и световым датчиком расположен на запястье перчатки.
Также известна перчатка виртуальной реальности (Перчатка виртуальной реальности: патент №187548, Российская Федерация, заявка № RU 2017137681; заявл. 27.10.2017; опубл. 12.03.2019), содержащая датчики, расположенные на пальцах перчатки, причем датчики подключены к системной плате (контроллеру). В качестве датчиков использованы сенсоры IMU, расположенные внутри перчатки, выполненной из ткани. Каждый из сенсоров IMU содержит в себе акселерометр, гироскоп и магнитометр, при этом четыре IMU сенсора расположены на предпоследних фалангах мизинца, безымянного, среднего и указательного пальцев, два IMU сенсора расположены на первой и второй фалангах большого пальца, один сенсор IMU расположен на системной плате, один сенсор IMU расположен на запястье. На пальцах перчатки закреплены вибрационные моторы, по одному на каждом пальце, причем на всех пальцах, кроме большого, вибрационные моторы закреплены на предпоследних фалангах пальцев, а на большом пальце вибрационный мотор закреплен на последней фаланге. На перчатке закреплена системная плата, где расположен вычислительный модуль; сенсоры IMU, вибромоторы, аккумулятор подключены к системной плате посредством проводов. Данное устройство для удобства было принято за прототип, хотя оно незначительно отличается от вышеприведенного и они оба близки по технической сущности к заявляемой полезной модели.
Недостатком вышеприведенных прототипа и аналога является относительно низкая надежность устройства. Это обусловлено отсутствием специально подобранных материалов, учитывающих все особенности эксплуатации перчатки виртуальной реальности, что может привести к повышенному износу различных участков ткани перчатки, а также не исключает вероятности попадания влаги (например, пота) на электрические элементы, что может привести к их повреждению.
Техническая проблема заключается в необходимости разработки перчатки виртуальной реальности с достаточно высокой надежностью и удобством эксплуатации, пригодной для стирки и лишенной вышеприведенных недостатков.
Технический результат состоит в повышении надежности перчатки и ее эксплуатационных свойств.
Технический результат достигается тем, что в перчатке виртуальной реальности, выполненной из текстильного материала и содержащей аккумулятор, соединенный с ним контроллер, а также подключенные к контроллеру датчики и вибромоторы, при этом в которой датчики и вибромоторы расположены на пальцах перчатки, а аккумулятор и контроллеры расположены на запястье, кроме того каждый датчик представляет собой акселерометр, гироскоп и магнитометр, согласно полезной модели каждый элемент перчатки расположен в отдельном корпусе из ABS-пластика, при этом в местах крепления данных корпусов в текстильную основу перчатки интегрированы силиконовые вставки, а в местах сгибания - резиновые вставки, а сама перчатка выполнена из текстильного материала со следующим составом, мас. %:
полиуретан
65-77
нейлон
12-20
эластан
не менее 5
Предел прочности на разрыв у полиуретана - порядка 310 кг/см2 (в зависимости от подтипа полиуретана), а удлинение до разрыва составляет до ~500%, что позволяет получить хорошие показатели для носимого устройства, активной составляющей при использовании которого являются постоянные изгибы. Также полиуретановая экокожа имеет хорошие показатели воздухопроницаемости и влагопроницаемости, что дает хорошую вентилируемость коже пользователя.
Эластан используется как примесь к полиуретану. Увеличивает воздухопроницаемость и водостойкость, а также увеличивает показатель эластичности (в чистом состоянии предел прочности на разрыв - порядка 800%).
Нейлон приятен для ношения и внешне напоминает натуральный шелк, однако стоит гораздо дешевле. Тем не менее нейлон плохо проводит воздух, что допускает его использование лишь в наиболее часто изгибаемых местах перчатки (имеет низкий коэффициент трения (порядка 0.02-0.2)).
Предел прочности на разрыв - порядка 110 кг/см2 (в зависимости от подтипа), а удлинение до разрыва составляет до -300%. Используется для повышения коэффициента трения полиуретана при контакте с кожей в областях расположения сенсоров для лучшего считывания пространственных показателей.
Предел прочности на разрыв - порядка 600 кг/см2. Используется для улучшения электроизоляционных характеристик нейлона.
В местах частого сгибания ткани выполнены резиновые вставки.
Использование ABS-пластика для изготовления корпусов для всех элементов (датчики, аккумулятор, контроллер и т.д.) обусловлено тем, что это материал достаточно эластичен и за счет этого не подвержен остаточным деформациям, он легко переносит небольшие удары, а при сильных механических воздействиях повреждения остаются локальными, при этом полностью изделие не ломается. Кроме того, ABS-пластик нетоксичен, безопасен и безвреден для окружающей среды. Изделие из ABS-пластика легче и удобнее в использовании в сравнении с перчатками, например, из металла или стеклопластика. К тому же этот материал позволяет печатать детали разнообразной формы, не затрачивая больших экономических ресурсов. Именно такая печать в будущем сделает возможным массовое производство и облегчит сам процесс изготовления. Также важными свойствами ABS-пластика является высокая сопротивляемость к воздействиям моющих средств и щелочных и кислотных составов, устойчивость к воздействию влаги, кислот и масел. Это особенно актуально с учетом большого количества потовых желез на ладонях человека, а также с учетом наличия солей и других органических веществ в составе пота. В нормальных условиях данный материал не токсичен и может эксплуатироваться при температурах от -40°С до +90°С с сохранением первоначальных технических характеристик. Отрицательным качеством ABS-пластика являются низкие электроизоляционные свойства, но в заявляемом устройстве эта проблема решена нанесением силиконовых вставок на основу перчаток в местах крепления пластиковых деталей. Выполнение перчатки из текстильного материала с указанным составом обусловлено его высокой прочностью и воздухопроводностью. При этом такой материал не промокает, регулирует температуру тела благодаря хорошей вентилируемости поверхности кожи и не накапливает статическое электричество (как, например, полиэстер). Данное исполнение перчатки делает ее пригодной для стирки, что значительно повышает ее эксплуатационные свойства.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. представлено схематическое изображение перчатки виртуальной реальности.
Перчатка 1 виртуальной реальности выполнена из ткани и включает контроллер (управляющий модуль) 2 и аккумулятор 3, расположенные внутри перчатки 1 на запястье. Также на запястье внутри перчатки 1 расположено защитное устройство 4 электропитания, кнопка 5, модуль Bluetooth 6, и модуль USB 7. При этом модуль USB 7 и аккумулятор 3 соединены с защитным устройством 4 электропитания, которое, в свою очередь, соединено с контроллером 2, а кнопка 5 и модуль Bluetooth 6 соединены с контроллером 2 напрямую. Также заявляемое устройство содержит контроллеры предобработки данных 8 с датчиков, расположенные внутри перчатки 1 на запястье и соединенные с контроллером 2. На указательном, среднем, безымянном пальцах, а также на мизинце внутри перчатки 1 расположены по меньшей мере по два датчика 9 и по меньше мере по одному вибромотору 10 на каждом пальце. На большом пальце внутри перчатки 1 расположен один датчик 9 и вибромотор 10. Каждый датчик 9 соединен с контроллером предобработки данных 8, а каждый вибромотор соединен с контроллером 2. При этом в наиболее предпочтительном варианте реализации полезной модели один дополнительный датчик 9 может быть расположен внутри перчатки 1 на запястье и соединен с контроллером 2 напрямую или через контроллер предобработки данных 8. Датчик 9 представляет собой устройство, включающее акселерометр, гироскоп и магнитометр. Сама перчатка 1 выполнена из текстильного материала со следующим составом, мас. %:
полиуретан
65-77
нейлон
12-20
эластан
не менее 5
Каждый элемент перчатки 1 расположен в отдельном корпусе из ABS-пластика, при этом в местах крепления данных корпусов в текстильную основу перчатки 1 интегрированы силиконовые вставки.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
Пользователь надевает перчатку 1 на руку и нажимает кнопку 5 для включения устройства. При этом аккумулятор 3 подает питание на все остальные электронные компоненты устройства. При первичном включении перчатка автоматически (через сигнал от контроллера 2 к модулю Bluetooth 6) открывает точку доступа Bluetooth LE до тех пор, пока устройство пользователя (например, VR/AR гарнитура или смартфон) не подключится к ней. Далее перчатка 1 автоматически становится манипулятором для данного устройства (VR/AR гарнитуры, смартфона). При использовании одновременно двух перчаток процедура подключения второй перчатки идентична. При необходимости смены точки подключения (например, подключиться к другому смартфону) пользователю необходимо при включении нажать на кнопку 5 и удерживать ее в течении 3 секунд. В таком случае произойдет сброс сохраненных данных о точке доступа и перчатка перейдет в режим поиска новой точки доступа, аналогичный первичному включению. При необходимости в подключении дополнительного устройства (например, муляжа пистолета) необходимо включить данное устройство в режим сопряжения, а перчатку перевести в режим подключения к дополнительным устройствам (зажать кнопку 5 на 5 секунд, после чего произойдет кратковременная вибрация за счет вибромоторов 10). Уведомление об успешном сопряжении происходит вибрацией, идущей волной от мизинца к большому пальцу интервалами по 200 мс. При включении VR/AR сцены в устройстве пользователя (AR/VR шлеме, смартфоне) информация от сопрягаемого устройства подается на контроллер 2 перчатки 1 через модуль Bluetooth 6. После чего активируется непрерывное считывание и обработка данных положения рук с датчиков 9 (от которых идет сигнал на модуль обработки 8 датчиков, а затем на основной контроллер 2, который в свою очередь отправляет сигнал на сопряженное устройство), при этом перчатку 1 (или две перчатки при использовании пары) можно использовать в качестве манипулятора (аналогично HID-устройствам). При происхождении в сцене определенных сценариев по протоколу смартфон-перчатка передается информация о необходимости в обратной связи определенного характера (например, вибрация 300 мс с помощью вибромоторов 10 на всех пальцах во время отдачи от стрельбы). Случаи использования обратной связи в сценах (сценарии) закладываются непосредственно разработчиками сцен.
Заявленная полезная модель поясняется примером.
В рамках эксперимента были изготовлены образцы со следующими характеристиками состава текстильной основы перчатки:
Образец 1 - полиуретан 65, нейлон 20, эластан 15.
Образец 2 - полиуретан 77, нейлон 12, эластан 11
Образец 3 - полиуретан 77, нейлон 18, эластан 5
Образец 4 - полиуретан 63, нейлон 17, эластан 20
Образец 5 - полиуретан 79, нейлон 12, эластан 9
Образец 6 - полиуретан 75, нейлон 10, эластан 15
Каждый из образов перчатки был протестирован на надежность, а именно был подвергнут эксплуатации на протяжении трех месяцев в приближенно равных условиях для каждого образца. По окончанию испытаний визуально оценивали состояние образцов. По результатам испытаний у образцов 1, 2 и 3 наблюдались незначительные потертости и следы эксплуатации (что считается нормой), а у образцов 4, 5 и 6 наблюдались разрывы ткани и сильные потертости, что делало их дальнейшую эксплуатацию затруднительной. Исходя из этого, можно сделать о том, что использование полезной модели обеспечивает оптимальные характеристики ткани для обеспечения надежности (не считая силиконовых и прорезиненных вставок).