МАНИПУЛЯТОР "НЕПОДВИЖНОЕ ПЕРО"

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к устройствам вычислительной техники и предназначена для ввода информации в устройства имеющие интерфейс управления положением курсора, например: компьютер, игровая приставка, телевизор, коммуникатор и т.п.
Уровень техники
На данный момент манипуляторы для управления положением курсора можно разделить на три основных группы:
1. манипулятор типа мышь
2. джойстик
3. сенсорный экран (панель TouchPad, планшет) Наиболее близкие аналоги данной полезной модели это: манипулятор Ullman PenClic Mouse, джойстик - трекпойнт (TrackPoint), джойстик Logitech Force 3D PRO.
Ullman PenClic Mouse - манипулятор типа мышь, приводящийся в движение укрепленным на нем стержнем. (Фиг.1.) Сообщение об изобретении Ullman PenClic Mouse появилось в апреле 2001 г. Автор - эксперт в области эргономики, проживающий в Швеции, доктор Джоан Ульман (Johan Ullman) заявляет что использование (Ullman PenClic Mouse) более комфортно и эргономично (адрес в Интернет: http://www.ullmantech.se/theory.html). Поскольку мышь держат как авторучку, мышцы предплечья и плеча не испытывают напряжения, рука пользователя находится в более естественном положении и не делает вращательных движений в горизонтальном направлении.
Манипулятор Трекпойнт (TrackPoint) - координатное устройство, получившее широкое распространение в ноутбуках IBM, представляет собой миниатюрный джойстик с шершавой вершиной диаметром 5-8 мм. Трекпойнт расположен на клавиатуре между клавишами и управляется нажатием пальца (Фиг.2).
Джойстик Logitech Force 3D PRO - игровой джойстик с возможностью трехмерного управления курсором (Фиг.3).
Манипулятор «Неподвижное перо» (Фиг.4) обладает некоторыми свойствами вышеуказанных манипуляторов. Так же как и в Ullman PenClic Mouse управление манипулятором производится с помощью стержня, который удерживается как авторучка или карандаш в процессе рисования или письма. Но в отличие от Ullman PenClic Mouse манипулятор «Неподвижное перо» не перемещается по поверхности стола, а остается неподвижным. Условием перемещения курсора на экране являются импульсы, испускаемые датчиками давления подобно тому, как это происходит при использовании джойстика (TrackPoint). Отличием от джойстика является способ манипулирования, как было уже указано выше - подобно использованию пишущей ручки или карандаша. В отличие от игровых джойстиков и в частности Logitech Force 3D PRO управление манипулятором производится не отклонением стержня от его оси (Фиг.5), а усилиями по перемещению нижнего конца стержня в горизонтальном и вертикальном направлении (Фиг.6), аналогично усилиям, прилагаемым при пользовании пишущей ручкой при рисовании и письме.
Важной отличительной особенностью манипулятора «Неподвижное перо» является возможность ввода информации для трехмерного перемещения курсора благодаря восприятию направления давления в горизонтальной и вертикальной плоскости.
Раскрытие полезной модели
Более двадцати лет мы активно используем компьютерные мыши. Дуглас Энгельбарт представил свое устройство для ввода координатных данных в компьютер в 1964 г., которое выглядело как деревянная коробочка с проводом и кнопкой.
Сегодняшние мыши по принципу действия мало чем отличаются от своего деревянного предка. И нужно признать, что эти устройства не оптимизированы для длительного использования человеком. Иными словами можно сказать, что они не эргономичны. Это подтверждается многими жалобами пациентов и исследованиями врачей. Так называемый синдром повторяющегося напряжения ведет к болям и даже повреждениям мышц и сухожилий человека. Каждый человек, длительное время использующий компьютерную мышь, чувствует онемение, чувство затекания которое может появиться в любой области руки, плеча, шеи. Далее это может перерасти в боль, которая просто не позволяет работать с мышью.
Это происходит потому, что рука пользователя находится в постоянном напряжении, как бы подвешенная. Пользователь, увлекаясь работой, не обращает внимания на онемение и неудобство и продолжает работать мышью пока не чувствует уже действительную боль.
Нужно отметить, что работая с мышью, мы задействуем мышцы, которые изначально не предназначены для выполнения тонкой работы. Для управления мышью мы используем мышцы плеча, бицепсы, трицепсы, которые никогда не были предназначены для выполнения задач высокой точности.
Исследования ученых показали, что большая часть человеческого мозга выделяется для управления пальцами рук и выполнения ими операций с тонкой моторикой. Поэтому мы пишем и рисуем ручкой так легко и безболезненно, но попробуйте написать письмо, используя только плечо и руку - это почти невозможно. Навыки использования пишущей ручки (карандаша) пришли к нам с древности, люди сами выбрали такой способ для рисования и письма, пользуясь кистью, пером и т.д. Можно сделать вывод, что такой способ наиболее комфортный и удобный для человека.
Вследствие этого можно сделать вывод что манипулятор, для ввода данных основанный на принципах использования пишущей ручки обеспечит более удобную и точную работу. Позволит избежать неудобства и суставно-мышечных заболеваний, которые могут привести к невозможности полноценной работы пользователя за компьютером.
Одна из целей создания манипулятора «Неподвижное перо» - это обеспечение более удобного способа работы при вводе координатной информации управления курсором. Благодаря способу манипулирования подобному использованию пишущей ручки, работа с манипулятором будет более эргономична по сравнению с использованием компьютерной мышки.
По сравнению с манипуляторами, использующими такой же принцип управления - подобный использованию ручки (например, Ullman PenClic Mouse) преимущества манипулятора «Неподвижное перо» заключаются в том, что управление манипулятором производится без его перемещения относительно поверхности, что позволяет управлять манипулятором в различных условиях, без наличия ровной поверхности (например, лежа на диване). Кроме того при управлении манипулятором Ullman PenClic Mouse, так же как обычной компьютерной мышкой, механизм который регистрирует перемещение манипулятора относительно поверхности периодически засоряется, что ведет к потере точности управления, так же точность управления сильно зависит и от качества поверхности. Для манипулятора «Неподвижное перо» такие проблемы исключены.
Следующая задача, которую решает манипулятор «Неподвижное перо» - это возможность ввода трехмерной информации. Благодаря тому, что манипулятор воспринимает сигналы давления стержня во всех направлениях (горизонтальном и вертикальном) данные сигналы могут быть переданы для управления курсором в трехмерном пространстве. Это может использоваться, например, для регулирования толщины линии при рисовании и т.п.
Манипулятор «Неподвижное перо» представляет собой стержень, соединенный с основанием (Фиг.7). Основание имеет нижнюю нескользящую поверхность. Между стержнем и основанием установлены сенсорные датчики таким образом, что при воздействии на стержень они воспринимают давление относительно основания и генерируют импульсы соответствующие направлению давления. Датчики регистрируют давление в любом направлении - и в горизонтальном и в вертикальном. (2, 3 Фиг.7).
Конструкция манипулятора выполнена таким образом, чтобы его можно было легко устанавливать вертикально. Это полезно при частой смене использования данного манипулятора и другого устройства ввода (например, клавиатуры). При этом возобновление работы с вертикально расположенным стержнем удобнее, чем, если бы он лежал на поверхности. Стержень манипулятора, для обеспечения более удобного захвата, может закрепляться под наклоном, который целесообразно сделать регулируемым (Фиг.4).
На стержне или основании располагаются дополнительные элементы управления, которые служат для регулирования чувствительности сенсорных датчиков и других параметров. (4 Фиг.7)
Отслеживание давления в горизонтальной плоскости и вниз достаточно просто в отличие от давления оказываемого вверх. Для усиления эффекта давления вверх может использоваться дополнительный элемент управления, размещенный на стержне. На данный элемент управления пользователь может воздействовать пальцем для оказания дополнительно давления на датчик вертикального перемещения (Фиг.8).
Для обеспечения точности манипулирования, а также для усиления эффекта давления вверх основание манипулятора целесообразно выполнить достаточно тяжелым а стержень легким. Предусматривается так же возможность крепления основания манипулятора к корпусам используемых устройств, например: к корпусу ноутбука, коммуникатора, клавиатуры настольного компьютера и т.п.
Возможность получения сигналов давления, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости позволяет использовать их для управления курсором в трехмерном пространстве.
Манипулятор «Неподвижное перо» отличается от существующих на данный момент манипуляторов тем, что при работе с ним устройство остается неподвижно, поэтому для него не нужна ровная поверхность как для устройств подобных компьютерной мыши Устройство компактно, позволяет работать с ним на весу и, поэтому, может использоваться с переносными устройствами - ноутбуками, коммуникаторами и т.п.При работе с манипулятором «Неподвижное перо» рука пользователя находится в более естественном и привычном состоянии, чем при работе с обычной компьютерной мышью или джойстиком и поэтому устройство позволяет делать более точные манипуляции, а мышцы пользователя меньше утомляются. Устройство не имеет движущихся частей и поэтому надежно в эксплуатации. Устройство позволяет управлять трехмерным движением курсора.
Осуществление полезной модели.
Для функционирования данного устройства необходимым условием является отслеживание направления давления стержня и передача этого направления в вычислительное устройство для перемещения курсора. Осуществление данной задачи возможно при использовании технологий, примененных в манипуляторах типа джойстик - например трекпойнт и мышь. Трекпойнт (TrackPoint), представляет собой маленький джойстик, управление которым производится пальцем (Фиг 2.). При этом устройство так же считывает направление и силу давления пальца и передает эти сигналы в компьютер.
Для посылки сигнала соответствующего нажатию левой или правой кнопки мыши могут использоваться сигналы вертикального давления. Например: вниз - нажатие левой кнопки мыши, вверх - правой кнопкой (3 Фиг.7).
Программное обеспечение для данной полезной модели может быть реализовано на основе стандартного программного обеспечения для управления компьютерной мышью и джойстиком.
Перечень фигур, чертежей
Фиг.1 Манипулятор Ullman PenClic Mouse.
Фиг.2 Манипулятор трекпойнт (TrackPoint).
Фиг.3 Джойстик Logitech Force 3D PRO.
Фиг.4 Схематичное изображение манипулятора «Неподвижное перо»
Фиг.5 Принцип управления джойстиком
Фиг.6 Принцип управления «Неподвижным пером»
Фиг.7 Общая схема устройства манипулятора «Неподвижное перо».
Фиг.8 Принцип оказания дополнительного усилия на датчик вертикального давления.