устройство ввода координат для дистанционного управления компьютером без помощи рук

Формула изобретения

Устройство ввода координат для дистанционного управления компьютером без помощи рук, содержащее электрически связанные блок питания, задающее координаты и управляющее курсором компьютера координатное приспособление, выполненное с возможностью его размещения в ротовой полости, блок обработки сигналов, передатчик, связанный с блоком обработки сигналов, по меньшей мере, две функциональные контактные кнопки для выполнения функций кнопок «мыши», электрически связывающие координатное приспособление с блоком обработки сигналов, и, по меньшей мере, одну управляющую контактную кнопку для управления функциями клавиатуры компьютера, электрически связывающую координатное приспособление с блоком обработки сигналов, приемник радиосигналов, подключенный к компьютеру, отличающееся тем, что координатное приспособление снабжено отгибным выступом, шлейфом токопроводящих дорожек, микроконтроллером, размещенным в шлейфе и включенным в цепь токопроводящих дорожек, электрическим разъемом, связанным с токопроводящими дорожками шлейфа, установленным на его конце и выполненным с возможностью электрического соединения с блоком обработки сигналов, координатное приспособление выполнено в форме полого диска с закругленной по радиусу внешней кромкой, внутренняя полость диска образована первым слоем и вторым слоем гибкой полимерной пленки, соединенных по внешнему контуру, первый слой полого диска имеет форму вогнутой внутрь полости диска полусферы, а второй слой имеет плоскую форму, на внутренней поверхности вогнутой полусферы диска нанесен резистивный слой, а на внутренней поверхности второго слоя нанесены концентрические токопроводящие дорожки, сгруппированные в четыре взаимно перпендикулярных сектора, при этом концентрические токопроводящие дорожки соседних секторов отделены друг от друга общей токопроводящей дорожкой, а расстояние между токопроводящими дорожками диска выполнено с уменьшением от центра диска к периферии, первый и второй слои полимерной пленки соединены друг с другом в центральной части полого диска с образованием перемычки, отгибной выступ и шлейф токопроводящих дорожек образованы первым и вторым слоями полимерной пленки, скрепленными по их плоской поверхности, отгибной выступ и шлейф соединены с кромкой диска, функциональные контактные кнопки и управляющая контактная кнопка размещены в отгибном выступе, концентрические токопроводящие дорожки, упомянутые контактные кнопки и микроконтроллер через токопроводящие дорожки шлейфа и разъем электрически связаны с блоком обработки сигналов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, в частности к электронным устройствам ввода координат, и может быть использовано для людей с параличами верхних и нижних конечностей, а также для людей, род занятий которых ограничивает использование рук.

Люди с тетраплегией (параличом верхних и нижних конечностей) не могут выполнять никаких действий руками. При высоком поражении спинного мозга полностью нарушается осознанное управление скелетными мышцами. Функционируют лишь группы челюстно-лицевых мышц и языка, так как они иннервируются черепными нервами. Кроме того, при работе с компьютером, в некоторых случаях использование рук или затруднительно, или невозможно, или недостаточно, например, когда руки заняты другой работой, находятся в защитных перчатках, когда традиционные средства ввода недоступны или при одновременной подаче нескольких команд. В этих случаях устройство ввода размещают во рту и управляют с помощью языка.

Известны устройства дистанционного управления компьютером для человека с ограниченными физическими возможностями, содержащие координатное приспособление, с возможностью размещения последнего в ротовой полости человека, и блок обработки сигналов, электрически связанный с координатным приспособлением (US 5460186 А, 24.10.1995 и WO 03/013402 A1, 20.02.2003).

Известные устройства позволяют дистанционно управлять компьютером путем действия мышц языка на джойстик, однако координатное приспособление в этих конструкциях выполнено без учета особенностей управления языком, а блок обработки сигналов размещают вне ротовой полости. Кроме того, устройства выполнены без учета индивидуальных особенностей ротовой полости пациента и особенностей управления языком. При этом передние зубы не могут участвовать в работе, поскольку зубы удерживают внешнюю конструкцию (блок обработки сигналов), а челюстно-лицевые мышцы постоянно напряжены. Наряду с этим, устройство сложно в изготовлении из-за множества рабочих элементов, связанных друг с другом кинематически.

Известно также устройство ввода координат для дистанционного управления компьютером без помощи рук, содержащее координатное приспособление и блок обработки сигналов, электрически связанный с координатным приспособлением (RU 2245692 С2, 10.02.2005).

Устройство по патенту RU 2245692 хотя и обеспечивает эффективное управление компьютером с помощью челюстно-лицевых мышц, мышц языка и зубов, технологичнее и более удобно в эксплуатации, чем известные из US 5460186 и WO 03/013402, поскольку выполнено с возможностью размещения его в ротовой полости целиком, однако оно выполнено строго с учетом индивидуальных особенностей строения ротовой полости конкретного человека.

Известно устройство ввода координат для дистанционного управления компьютером без помощи рук, содержащее (как и заявленное) электрически связанные блок питания, задающее координаты и управляющее курсором компьютера координатное приспособление, выполненное с возможностью его размещения в ротовой полости, блок обработки сигналов, передатчик, связанный с блоком обработки сигналов, по меньшей мере, две функциональные контактные кнопки, электрически связывающие координатное приспособление с блоком обработки сигналов, для выполнения функций кнопок «мыши» и, по меньшей мере, одну управляющую контактную кнопку, электрически связывающую координатное приспособление с блоком обработки сигналов, для управления функциями клавиатуры компьютера, приемник радиосигналов, подключенный к компьютеру (RU 2269325 С1, 10.02.2006).

В устройстве, известном из патента RU 2269325, электронный модуль обработки сигналов, координатное приспособление, функциональные контакты (контактные кнопки) дистанционного управления функциями клавиатуры компьютера, управляющие контакты (контактные кнопки), выполняющие функции кнопок «мыши», и соединительные провода расположены в едином корпусе, который, в свою очередь, фиксируется на базисе, изготовленном по слепку челюсти конкретного пользователя. Следовательно, для другого пользователя необходимо изготавливать другое устройство, которое будет соответствовать его антропометрическим параметрам. Штучное производство ограничивает круг пользователей и делает устройство дорогостоящим, сложным в эксплуатации и не технологичным. Кроме того, базис и размещенный на нем корпус устройства препятствует контакту языка с чувствительными рецепторами слизистой твердого неба, что затрудняет ориентацию последнего в ротовой полости и делает невозможным точное позиционирование языка на органах управления устройства, что, в свою очередь, приводит к выработке ложных команд. Это ухудшает эксплуатационные характеристики и усложняет технологию для массового производства такого устройства. К недостаткам прототипа можно также отнести следующее: не учитываются реакции слизистой оболочки на нахождение в ротовой полости инородного тела (устройства), что вызывает обильное слюноотделение. При механическом раздражении слизистой оболочки неба и языка вырабатывается густая слизь, которая препятствует жесткому сцеплению языка с поверхностью манипулятора, что делает управление языком весьма затруднительным и утомительным для пользователя. Известное устройство не технологично, поскольку имеет мелкие металлические детали и трудоемко в сборке, не долговечно и не надежно, поскольку происходит интенсивный механический износ трущихся деталей. Кроме того, в процессе использования известного устройства на его поверхности образуются микроорганизмы, которые инфицируют ротовую полость - это приводит к воспалительным заболеваниям органов ротовой полости.

Суть проблемы заключается в том, что для ввода координат (например, перемещения курсора) устройство, размещаемое во рту, должно быть герметичным и легко управляться при помощи языка, не препятствовать основным функциям ротовой полости, это - дыханию, разговору и приему жидкой пищи, также быть гигиенически безопасным. Парализованный человек (тетраплегик) не может самостоятельно, без посторонней помощи, заменить вышедшее из строя устройство и лишается связи с внешним миром. Поэтому устройство должно заранее информировать пользователя об истечении срока эксплуатации по гигиеническим соображениям и своевременной замене его во избежание выхода из строя, а при выходе из строя автоматически активизировать функцию автодозвона на телефон экстренной помощи.

Следовательно, актуальной задачей является разработка устройства, с помощью которого пользователь сможет легко управлять компьютером с помощью языка при наличии слизи (чем больше слизи, тем легче управление), устройства, предупреждающего пользователя о своевременной его замене по причине накопления микроорганизмов на поверхности конструкции и автоматически активизирующего функцию автодозвона на телефон экстренной помощи при его поломке, при этом устройства, подходящего для всех пользователей с различными антропометрическими данными. Устройство также должно быть компактным, легким, надежным и не оказывать травматического действия на слизистую ротовой полости и языка.

Таким образом, технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик, а также в упрощении технологии изготовления устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве ввода координат для дистанционного управления компьютером без помощи рук, содержащем электрически связанные блок питания, задающее координаты и управляющее курсором компьютера координатное приспособление, выполненное с возможностью его размещения в ротовой полости, блок обработки сигналов, передатчик, связанный с блоком обработки сигналов, по меньшей мере, две функциональные контактные кнопки для выполнения функций кнопок «мыши», электрически связывающие координатное приспособление с блоком обработки сигналов, и, по меньшей мере, одну управляющую контактную кнопку для управления функциями клавиатуры компьютера, электрически связывающую координатное приспособление с блоком обработки сигналов, приемник радиосигналов, подключенный к компьютеру, отличающееся тем, что координатное приспособление снабжено отгибным выступом, шлейфом токопроводящих дорожек, микроконтроллером, размещенным в шлейфе и включенным в цепь токопроводящих дорожек, электрическим разъемом, связанным с токопроводящими дорожками шлейфа, установленным на его конце и выполненным с возможностью электрического соединения с блоком обработки сигналов, координатное приспособление выполнено в форме полого диска с закругленной по радиусу внешней кромкой, внутренняя полость диска образована первым слоем и вторым слоем гибкой полимерной пленки, соединенных по внешнему контуру, первый слой полого диска имеет форму вогнутой внутрь полости диска полусферы, а второй слой имеет плоскую форму, на внутренней поверхности вогнутой полусферы диска нанесен резистивный слой, а на внутренней поверхности второго слоя нанесены концентрические токопроводящие дорожки, сгруппированные в четыре взаимно перпендикулярных сектора, при этом концентрические токопроводящие дорожки соседних секторов разделены друг от друга общей токопроводящей дорожкой, а расстояние между токопроводящими дорожками диска выполнено с уменьшением от центра диска к периферии, первый и второй слой полимерной пленки соединены друг с другом в центральной части полого диска с образованием перемычки, отгибной выступ и шлейф токопроводящих дорожек образованы первым и вторым слоем полимерной пленки, скрепленных по их плоской поверхности, отгибной выступ и шлейф соединены с кромкой диска, функциональные контактные кнопки и управляющая контактная кнопка размещены в отгибном выступе, концентрические токопроводящие дорожки, упомянутые контактные кнопки и микроконтроллер через токопроводящие дорожки шлейфа и разъем электрически связаны с блоком обработки сигналов.

На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства ввода координат для дистанционного управления компьютером без помощи рук.

На фиг.2 показано координатное приспособление.

На фиг.3 показано размещение и фиксация в ротовой полости человека координатного приспособления.

Устройство ввода координат для дистанционного управления компьютером без помощи рук содержит электрически связанные блок питания (1), задающее координаты и управляющее курсором компьютера координатное приспособление (2), выполненное с возможностью его размещения в ротовой полости, блок обработки сигналов (3), передатчик (4), связанный с блоком обработки сигналов, по меньшей мере, две функциональные контактные кнопки (5) для выполнения функций кнопок «мыши», электрически связывающие координатное приспособление с блоком обработки сигналов, и, по меньшей мере, одну управляющую контактную кнопку (6) для управления функциями клавиатуры компьютера, электрически связывающую координатное приспособление с блоком обработки сигналов. Координатное приспособление (2) снабжено отгибным выступом (7), шлейфом (8) токопроводящих дорожек (9), микроконтроллером (10), размещенным в шлейфе (8) и включенным в цепь токопроводящих дорожек (9), электрическим разъемом (11), электрическим разъемом, связанным с токопроводящими дорожками шлейфа, установленным на его конце и выполненным с возможностью электрического соединения с блоком обработки сигналов (3). Координатное приспособление (2) выполнено в форме полого диска с закругленной по радиусу внешней кромкой. Внутренняя полость диска образована первым слоем (12) и вторым слоем (13) гибкой полимерной пленки, соединенных по внешнему контуру с образованием упомянутой закругленной кромки. Первый слой полого диска имеет форму вогнутой внутрь полости диска полусферы (14), а второй слой имеет плоскую форму. На внутренней поверхности вогнутой полусферы диска нанесен резистивный слой (15). На внутренней поверхности второго слоя (13) нанесены концентрические токопроводящие дорожки (16), сгруппированные в четыре взаимно перпендикулярных сектора N, E, S, W (Фиг.1). При этом концентрические токопроводящие дорожки соседних секторов разделены друг от друга общей токопроводящей дорожкой (17). Расстояние L (Фиг.2) между всеми упомянутыми выше токопроводящими дорожками уменьшается от центра диска к периферии. Первый и второй слой полимерной пленки соединены друг с другом в центральной части полого диска с образованием перемычки (18). Отгибной выступ (7) и шлейф (8) токопроводящих дорожек образованы первым и вторым слоем (12,13) полимерной пленки, скрепленных по их плоской поверхности. Отгибной выступ и шлейф соединены с кромкой диска. Функциональные контактные кнопки (5) и управляющая контактная кнопка (6) размещены в отгибном выступе (7). Концентрические токопроводящие дорожки (16), упомянутые контактные кнопки и микроконтроллер (10) через токопроводящие дорожки (9) шлейфа (8) и разъем (11) электрически связаны с блоком обработки сигналов (3). Устройство также снабжено приемником радиосигналов (19), подключенным к компьютеру.

Устройство работает следующим образом.

Устройство размещают в ротовой полости вторым слоем (13) гибкой полимерной пленки к твердому небу (Фиг.2 и 3). В исходном положении полусфера (14) удерживается в центральном положении (Фиг.2), при котором концентрические токопроводящие дорожки (16) и общая токопроводящая дорожка (17) не замыкаются резистивным слоем (15) полусферы (14) ни в одном из секторов N, E, S, W (Фиг.1), электрический сигнал не поступает и курсор не перемещается.

Направление перемещения курсора. Затем в зависимости от выбранного направления перемещения курсора кончиком языка прижимают край полусферы (14) от центра вверх, вниз, влево, вправо или по сложной траектории, при этом резистивный слой (15) замыкает концентрические токопроводящие дорожки (16) и общую токопроводящую дорожку (17) в верхнем секторе N, нижнем секторе S, левом О, правом W или в комбинации смежных секторов, например секторы N-W, N-E, S-E, S-W. Вместе с тем вогнутая конструкция полусферы (14) не позволяет выполнять некорректные действия, а именно одновременно замыкать концентрические токопроводящие дорожки (16) и общую токопроводящую дорожку (17) противоположных секторов (например, N-S, W-E). Скорость перемещения курсора регулируется степенью нажатия языком на край полусферы (14). Для медленного и точного перемещения курсора выполняют легкое нажатие языком на край полусферы (14). При этом полусфера наклоняется в сторону нажатия и ее резистивный слой (15) замыкает ближайшую к центру концентрическую токопроводящую дорожку (16) одного из секторов N, E, S, W (Фиг.1) или ближайшие к центру концентрические токопроводящие дорожки смежных секторов N-W, N-E, S-E, S-W с общей токопроводящей дорожкой (17). Скорость перемещения курсора зависит от сопротивления резистивного слоя (14) и расстояния L (Фиг.1 и 2) между всеми упомянутыми выше токопроводящими дорожками (16) и (17). Для медленного перемещения и точного позиционирования курсора расстояние L1 между токопроводящими дорожками (16) и (17) больше, чем расстояние L2, L3, L4, Ln (Фиг.2) между последующими токопроводящими дорожками. Для более быстрого перемещения курсора нажатие языком на край полусферы (14) усиливают. При этом наклон полусферы в сторону нажатия увеличивается и ее резистивный слой (15) замыкает последующие концентрические токопроводящие дорожки одного из секторов N, E, S, W (Фиг.1) или последующие концентрические токопроводящие дорожки смежных секторов N-W, N-E, S-E, S-W с общей токопроводящей дорожкой (17). Количество параллельно замкнутых резистивных цепей увеличивается, соответственно общее сопротивление в цепи уменьшается, скорость перемещения курсора возрастает. Для моментального перемещения курсора (например, из одной части экрана в другую) резко и до упора производят нажатие языком на край полусферы (14) в предполагаемом направлении. При этом резистивный слой (15) полусферы замыкает все концентрические токопроводящие дорожки одного из секторов N, E, S, W (Фиг.1) или все концентрические токопроводящие дорожки смежных секторов N-W, N-E, S-E, S-W с общей токопроводящей дорожкой (17). Сопротивление в цепи становится минимальным, соответственно курсор моментально перемещается в выбранном направлении. В электрическую цепь устройства включен микроконтроллер (10), который анализирует корректность проходящих в цепи сигналов, а также контролирует длительность эксплуатации устройства. При достижении определенного времени эксплуатации посылает на компьютер предупреждение о необходимости замены устройства. Кроме того, микроконтроллер осуществляет контроль зарядки блока питания (1) устройства и предупреждает о необходимости своевременной его подзарядки или замены. При прохождении через электрическую цепь некорректных сигналов (например, при замыкании противоположных секторов N-S, W-E, противоположных смежных секторов, также отсутствие перемещения курсора при замыкании токопроводящей дорожки одного из секторов N, E, S, W с общей токопроводящей дорожкой) информирует пользователя о поломке устройства и осуществляет активизацию программы компьютера по автодозвону в предустановленную службу экстренной помощи. При необходимости использовать левую или правую кнопки условной мыши - передними зубами верхней и нижней челюстей нажимают на кнопки (5) (Фиг.1, 2 и 3). Для переключения рода работ, например для работы устройства как аналогового джойстика, нажимают кнопку (6) и выбирают нужную функцию, представленную в меню. При замыкании токопроводящих дорожек (16) и (17) резистивным слоем (15), замыкании контактов кнопок (5) и (6) ток, возникающий в цепи, через микроконтроллер (10) и далее через проводники (токопроводящие дорожки шлейфа) (9) поступает на разъем (11), который, в свою очередь, соединен с блоком обработки сигналов (3) устройства, в котором сигнал обрабатывается и оцифровывается. Затем сигнал поступает в передатчик (4) и по каналу связи передается на внешний приемник радиосигналов (19), подключенный к компьютеру.