УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА
DEVICE FOR MEASURING AND RECORDING OBJECT DISPLACEMENT

Предлагаемое изобретение относится к области спорта, медицины и педагогики, а также к игровым тренажерам и может быть использовано в компьютеризованных системах регулирования и управления.
Известен электрогониометр [1], предназначенный для измерения перемещения объекта, построенный на основе миниатюрного потенциометра. Он содержит шарнир, состоящий из двух частей, скрепленных друг с другом с помощью оси, на одной части которого установлен вертикально кронштейн с закрепленным горизонтально с помощью гайки миниатюрным потенциометром с круговым перемещением его движка, на ось которого насажен шкив с канавкой на наружной его поверхности, а на другой части шарнира установлен вертикально кронштейн с вертикальным рядом отверстий, к которому крепятся первые концы нерастяжимой и растяжимой упругих нитей, намотанных на шкив в противоположных направлениях и закрепленных на нем вторыми концами. К выводам потенциометра подпаиваются провода, с помощью которых этот потенциометр подключается к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) и стабилизированному источнику питания.
К недостаткам электрогониометра можно отнести следующее.
1. Ограниченность измерительных возможностей этого устройства.
2. Требование к соосности обеих частей шарнира.
3. Необходимость применения АЦП и стабилизированного источника питания для подключения к персональному компьютеру.
Из уровня техники также известно устройство для измерения и регистрации на персональном компьютере медленно меняющегося положительного напряжения в пределах от 1 до 10 вольт с точностью ±2,5%, использующее функции и интерфейс стандартного манипулятора типа «мышь» посредством замещения в схеме «мыши» сдвоенного диода [2].
Работа устройства основана на преобразовании «напряжение-частота». Для объяснения принципа действия устройства рассмотрим, как работает сама «мышь». При движении «мыши» вращается шарик, который механически передает вращение колесикам с прорезями, расположенным между фотосветодиодами на плате «мыши». Наличие прорезей в непрозрачных колесиках позволяет при вращении модулировать освещенность фотодиода световым потоком от соответствующего светодиода по принципу «свет-тень», что приводит к периодическому изменению сопротивления каждого из двух фотоэлементов, входящих в сдвоенный фотодиод. Здесь существенно наличие смещения по времени сигналов в обоих каналах, т.е. осуществлен фазовый сдвиг. При отсутствии фазового сдвига схема «мыши» не сможет выбрать направление движения курсора на экране дисплея.
Таким образом, перемещение курсора по каждой из координат осуществляется «мышью» на основании следующей информации:
- фазовый сдвиг импульсов тока, протекающего через фотоэлементы сдвоенного фотодиода, определяет направление перемещения (например, вправо или влево);
- количество импульсов - длину пути курсора;
- период импульсов - длину пути курсора.
Заменяют один из сдвоенных фотодиодов измерительным элементом, но так, чтобы «мышь» об этом «не догадалась», т.е. измерительный элемент должен как можно точнее имитировать работу замещенного фотодиода. Параметры измерительной схемы выбирались именно из этих соображений.
Достоинства очевидны.
К недостаткам же данного устройства можно отнести следующее.
1. Необходимость внедряться в чужое изделие, чтобы имплантировать, интегрировать в него свой измерительный элемент.
2. Изменяется программное обеспечение «мыши» и самого персонального компьютера.
3. Устаревшая конструкция «мыши».
Задачей данного предлагаемого изобретения является создание технических и использование стандартных вычислительных средств для измерения и регистрации перемещения объекта или его части.
Задача в «Устройстве для измерения и регистрации перемещения объекта», содержащем персональный компьютер, в состав которого входят системный блок, дисплей, клавиатура и «мышь», объект, перемещение которого измеряется и регистрируется, и программное обеспечение персонального компьютера, решается тем, что в него дополнительно введен узел настройки единичного перемещения объекта на весь экран дисплея, и в нем применена оптическая «мышь», установленная неподвижно, а перемещающийся синхронно с объектом под ее «брюхом» «коврик» с разметкой шарнирно связан с указанным объектом, и программное обеспечение задает работу упомянутых дисплея и оптической «мыши», а также устройства в целом.
Отличительными признаками заявляемого технического решения является следующее:
- во-первых, в устройство дополнительно введен узел настройки единичного перемещения объекта на весь экран или часть его;
- во-вторых, оптическая «мышь» устанавливается неподвижно, а перемещающийся синхронно с объектом под ее «брюхом» «коврик» с разметкой шарнирно связан с объектом;
- в-третьих, программное обеспечение задает работу дисплея и оптической «мыши», а также устройства в целом.
В заявляемом устройстве отличительные признаки проявляют свойства, известные в других областях науки и техники, а взятые в совокупности с признаками прототипа проявляют свойства, которые позволяют создавать технические и использовать вычислительные средства для измерения и регистрации перемещения объекта или его части относительно неточными средствами - «мышью» с достаточной точностью, что указывает на соответствие заявляемого технического решения критерию «существенные отличия».
Заявляемое устройство поясняют схематические чертежи.
На фиг.1 приведено устройство в целом: вид спереди и вид сверху.
На фиг.2 показан «коврик», состыкованный с рычагом, в двух проекциях - спереди и сверху.
Устройство включает в себя измерительное средство и персональный компьютер (фиг.1). Измерительное средство содержит раму, изготовленную из двух согнутых по дуге труб 1 и 2, скрепленных двумя винтами 3, 4 и осью 5, на которую насажен рычаг 6. Рычаг 6 осуществляет возвратно-поступательные движения (единичное перемещение объекта), которые ограничивает и задает узел настройки единичного перемещения объекта (рычага 6), состоящий из основания 7, закрепленного в двух точках с помощью винтов 3, 4 с гайками, и в котором предусмотрены ограничительные винты 8, 9, резьбовые отверстия в основании 7, в которые вкручиваются ограничительные винты 8, 9 и закрепляются контрогайками 10, 11. На концах ограничительных винтов 8, 9 поставлены резиновые опорные головки 12, 13, выполненные из жесткой резины. Кроме того, на рычаге 6 закреплен с помощью хомутика 14 с замком 15 шарнир 16, соединяющий хомутик 14 с «ковриком» 17, который движется между двух направляющих 18 и 19 под «брюхом» оптической «мыши» 20, закрепленной неподвижно на столике 21. Оптическая «мышь» 20 входит в состав персонального компьютера 22 (оконтуренного пунктирной линией), в состав которого входят - системный блок 23, дисплей 24 и клавиатура 25.
Программное обеспечение, записанное на дискете или диске, вставляется в соответствующее гнездо 26 или 27 системного блока 23 персонального компьютера 22 и инициируется с помощью клавиатуры 25.
Работают с устройством следующим образом.
Важно определиться, как относительно неточными измерительными средствами делать достаточно точные измерения. Это возможно сделать, выделив грубые измерения, и в каждом грубом измерении делать более точные замеры. Так, если выделить единичное перемещение объекта (рычага), ограничив его перемещение (грубое измерение), и сосчитать эти перемещения объекта, а внутри каждого единичного перемещения с помощью оптической «мыши» сделать как бы точное позиционирование курсора дисплея, то таким образом можно получить достаточно точное измерение относительно неточными измерительными средствами.
Перед началом измерений инженер-исследователь проверяет работоспособность устройства: настраивает датчик перемещения (рычаг 6), область его ограничения и возможность позиционирования курсора дисплея с помощью оптической «мыши». Убедившись также в правильной работоспособности устройства в целом и отдельных его узлов, то есть программного обеспечения, можно начинать опыты - перемещать рычаг 6.
Перемещая рычаг 6, являющийся объектом измерения, возвратно-поступательно до опорных головок 12, 13, размещенных на ограничительных винтах 8, 9, одновременно перемещают хомутик 14, закрепленный на рычаге 6 с помощью замка 15. С хомутиком 14 соединен поводок 28 и с помощью шарнира 16 он соединен с «ковриком» 17, который синхронно движется под «брюхом» оптической «мыши» 20, закрепленной неподвижно на столике 21, установленном на раме, образованной двумя согнутыми трубами 1, 2. Оптическая «мышь» 20 входит в состав персонального компьютера 22, включающего также системный блок 23, дисплей 24 и клавиатуру 25. По дисплею 24 наблюдают за движением курсора на его экране и определяют количественные характеристики.
Сосчитав количество единичных перемещений и уточнив результат позиционирования курсора (так как возможна некоторая нестабильность, хотя ограничительные головки выполнены из жесткой резины) в пределах каждого единичного перемещения, получают результат перемещения объекта в целом.
В заявляемом устройстве наравне со стандартными есть нестандартные узлы, например, использованы стандартные вычислительные средства и их интерфейсы (персональный компьютер). Рассмотрим основные нестандартные узлы, уделив внимание их конструкции.
Подвижный «коврик» 17 и его связь с рычагом 6. Одна из возможных конструкций показана на фиг.2. Она содержит: «коврик» 17, шарнир 16, хомутик 14 с замком 15, стягивающий поводок 28 на рычаге 6. «Коврик» 17, как показано на фиг.2, выполнен двуслойным. Нижний слой 29 является жесткой, но упругой основой «коврика» 17, а верхний слой служит для нанесения штриховки 31. В принципе «коврик» 17 может быть выполнен однослойным, а штриховка 31 может быть нанесена механическим или электрохимическим методом. Шарнир 16 соединяет «коврик» 17 с поводком 28 и крепится винтами 32, 33 к «коврику» 17, а винтами 34, 35 - к поводку 28. Кроме того, «коврик» 17 по ширине не больше ширины оптической «мыши», а по длине - равен максимальной длине перемещения объекта.
Работа устройства и составных его частей описана выше.
Особенность устройства состоит в том, что «коврик» 17 выполнен по ширине не больше ширины оптической «мыши» и по длине равен максимальной длине перемещения объекта (рычага 6), а положение курсора на экране дисплея соответствует середине экрана по горизонтали и он перемещается при движении объекта по всему экрану или его части снизу-вверх. В программном же обеспечении должен быть заложен пересчет количества единичных перемещений курсора по экрану, по которому судят о количестве перемещений объекта, и цифры этого перемещения должны быть отражены на экране дисплея. Если требуется определить перемещение точки объекта, отличной от крепления хомутика 14, то это должно быть отражено в программном обеспечении.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает новым качеством, позволяющим создать технические средства и использовать стандартные вычислительные средства для измерения и регистрации перемещения объекта или его части относительно неточными средствами - оптической «мышью» с достаточной точностью и зарегистрировать все перемещение.
Список литературы
1. Патент РФ №2234728 С 2 МПК G66F 17/00, G06F 159:00, 3/03. Способ формирования коррекции двигательной пластики и устройство для его осуществления.
2. Климов А. Наука и мышь // Компьютерра: Компьютерный еженедельник. - 1999. - №7 (285). - С.34-35.