Альтернативное устройство ввода «TouchSpace» | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Волшин М. Е., Горохова Е. С., Стучков А. В., Солопченко С. А. Альтернативное устройство ввода «TouchSpace» // Молодой ученый. — 2014. — №20. — С. 31-34. — URL https://moluch.ru/archive/79/13923/ (дата обращения: 16.10.2018).

Ключевые слова: компьютерный манипулятор, устройство ввода.

 

Введение

В настоящее время огромное количество людей по всему миру не могут представить свою жизнь без компьютера. Одни использует компьютер для работы и сложных вычислений, другие — для развлечений и отдыха.

Однако при работе с компьютерной мышью большинство людей сталкиваются с определенными недостатками.

Во-первых, использование мыши в дороге, на диване или на природе затруднительно из-за ограниченности или неровности поверхности. Во-вторых, лишние манипуляции по переносу руки от клавиатуры до мыши и обратно, в сумме отнимают немало времени при работе с компьютером. Таким образом становится актуальной проблема создания устройства ввода, заменяющего компьютерную мышь, но лишенную перечисленных недостатков.

Для решения изложенных выше проблем была произведена модернизация компьютерной мыши. Результатом модернизации стали два устройства — TouchSide и TouchSpace.

TouchSide

Первое устройство — TouchSide, представляет собой компактный манипулятор, который надевается на палец и управляется за счет движения по поверхности (рисунок 1).

Рис. 1. Внешний вид устройства TouchSide

Устройство состоит из двух модулей. Первый модуль представляет собой наперсток с матрицей, второй — корпус на предплечье пользователя. Данный элемент содержит батарею и передающий модуль.

Однако первая разработка не смогла полностью заменить компьютерную мышь, а лишь помогла решить проблему, связанную с тратой времени на перенос руки от клавиатуры до компьютерной мыши и обратно.

В устройстве TouchSide не удалось реализовать возможность нажатия правой кнопки мыши, а также отсутствовала функция прокрутки экрана (скролл). Узким местом TouchSide был и размер корпуса, который не смог вместить необходимые детали для реализации всех функций присущих обычным компьютерным мышам.

Также в сети Интернет было обнаружено устройство SkyMouse [1], состоящее из наперстков-датчиков. Однако для работы устройства движения должны происходить перед специальной камерой, что сильно ограничивает мобильность устройства.

TouchSpace

После сборки и тестирования TouchSide, а также анализа в сети Интернет различных устройств, наша команда пришла к идее избавить устройство ввода от «привязки» к поверхности. Результатом такой идеи стала концепция устройства под названием TouchSpace.

TouchSpace — манипулятор, позволяющий позиционировать курсор на экране компьютера путем простого перемещения рук в пространстве. Устройство обеспечит еще большую свободу действий и расширенную функциональность по сравнению с TouchSide и обычной компьютерной мышью.

Описание технической части TouchSpace

Управление курсором будет производиться за счет использования трёх маленьких датчиков поворота и перемещения.

TouchSpace состоит из двух модулей.

Первый модуль — три маленьких корпуса («наперстка»), предназначенных для пальцев рук.

Второй модуль — небольшой корпус, крепящийся на предплечье руки.

Для каждого из модулей были спроектированы платы с использованием САПР DipTrace. Изготовление плат планируется осуществлять методом травления [2]. Элементы корпусов устройства планируется напечатать с помощью 3D принтера.

Каждый «наперсток» содержит датчик, передающий сведения о положении пальца и угле поворота от начального положения. Размер датчика — 4мм х 4мм х 1мм. (рисунок 2).

Рис. 2. Возможности датчика

 

Сигналы от датчика передаются на микроконтроллер, размещенный во втором модуле. В дополнение к микроконтроллеру, модуль будет содержать батарею, кнопку включения и выключения, miniUSB-порт для зарядки и Bluetooth модуль.

Принцип действия устройства

Контроллер получает координаты положения датчика и передает эту информацию на персональный компьютер, где координаты положения руки сравниваются со средненулевыми координатами. В результате их вычитания курсор на экране смещается согласно изменению положения руки пользователя. Также возможно определить дополнительные жесты пользователя, связанные с нажатием левой и правой кнопки мыши, прокручиванием экрана. Отклик на такие воздействия реализуется с использованием аппаратной и программной частей.

Прототип TouchSpaceна отладочной плате

В настоящее время на отладочной плате создан рабочий прототип устройства, представленный на рисунке 3.

Рис. 3. Реализация TouchSpace на отладочной плате

 

Для функционирования прототипа TouchSpace, была написана программа на C++, позволяющая обрабатывать данные с микроконтроллера и перемещать курсор по экрану.

На рисунке 4 представлен график зависимости координаты Y, приходящей с датчика, от времени.

Рис. 4. График зависимости координаты Y от времени

 

Проанализировав график, можно сделать вывод, что в поступающем сигнале много шума, который не позволяет перемещать курсор по экрану с ожидаемой точночтью.

Решение описанной выше проблемы — применение фильтрации к поступающему в программу сигналу.

В данной работе для устранения шума в сигнале был применен фильтр Калмана. На рисунке 6 отражена зависимость координаты Y от времени с применением фильтрации.

Рис. 5. График зависимости координаты Y от времени с применением фильтра Калмана

 

Полученная зависимость координаты Y от времени не имеет резких перепадов значений, которые наблюдались в графике зависимости координаты от времени без применения фильтра. Как результат курсор на экране перемещается плавно, что позволяет с комфортом управлять компьютером.

Область применения

Разрабатываемое устройство TouchSpace найдет широкое применение среди молодого поколения, не боящегося начать использовать что-то принципиально новое. Кроме того, устройство будет интересно любителям и разработчикам компьютерных игр, так как управление жестами подразумевает более широкий функционал манипулятора, по сравнению с аналогами.

Заключение

К лету 2015 года планируется собрать готовый образец устройства, способный обрабатывать различные жесты пользователя, вызывающие такие важные события как клики левой и правой кнопок мыши, масштабирование и перемещение объектов на экране, сворачивание окон и другое.

Обучение устройства различным жестам позволит сделать работу с компьютером простой и непринужденной, не требующей использования какой-либо поверхности.

Дизайн и изготовление корпуса для TouchSpace также является не менее важным вопросом, так как внешний вид устройства является визитной карточкой продукта.

В связи с этим необходимо продолжить работы по улучшению точности позиционирования курсора на экране, начать обучение устройства различным жестам, а также заняться проектированием и печатью корпуса на 3D принтере.

 

Литература:

 

1.             SkyMouse [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.kickstarter.com/projects/eephrati/skymouse, свободный;

2.             Изготовление печатных плат [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://cxem.net/master/11.php, свободный.

Основные термины (генерируются автоматически): компьютерная мышь, график зависимости координаты, время, модуль, устройство, отладочная плата, внешний вид устройства, правая кнопка мыши, обучение устройства, перенос руки.


Ключевые слова

компьютерный манипулятор, устройство ввода

Похожие статьи

Использование отладочной платы STM32F7 Discovery для...

3) создание/отладка кода программы микроконтроллера для управления устройством.

Что же такое отладочная плата? Отладочная плата — это набор комплексного решения от

Данный контроллер представлен на плате в виде 216 пинового TFBGA корпуса.

Совершенствование механизма финансирования...

компьютерная мышь, график зависимости координаты, устройство, время, модуль, правая кнопка мыши, перенос руки, отладочная плата, обучение устройства, внешний вид устройства.

Из опыта использования Arduino в курсовом и дипломном...

Ключевые слова: программирование, обучение, Arduino, средние профессиональные образовательные

В то же время на рынке существуют отладочные микропроцессорные комплекты

Устройства, основанные на Arduino, могут работать самостоятельно или...

Применение электроокулографии для управления указателем...

В статье описано устройство для снятия электроокулографических сигналов, которое может применяться для управления указателем компьютерной мыши при помощи движений глаз.

Автоматизированная система управления роботом-манипулятором...

Схема электрическая принципиальная устройства сопряжения представлена на рисунке 1.

Приложение «Оператор» реализовано в виде отдельных модулей, взаимодействующих между собой.

Затем осуществляется преобразование координат звеньев, полученных с объекта, в...

Программирование синусоидального и пилообразного сигналов...

ЦАП использует два вывода отладочной платы PA4 и PA5.

В панели файлов открыть «dac_user.h», два раза щелкнув по нему левой кнопкой мыши, и с помощью директивы «#include <>» записать в нем все

Необходимо проверить кабель, к которому подключено устройство.

Разработка робота для транспортировки малогабаритных...

Рис. 5. Вид схвата сверху. При работе с оптическими датчиками возникли две проблемы

Это же напряжение поступает на плату Arduino Uno, где преобразуется в +5В для питания всех остальных устройств (рисунок 1). В качестве модуля повышающего преобразователя...

Основы обучения робототехники в школе как способ повышения...

Другая сторона этого явления — упрощение самого процесса создания электронного устройства.

Также доступны несколько видов внешних плат расширения, называемых «англ. shields»

- по результатам электронного тестирования, завершающего изучение темы (модуля).

Создание сенсорной перчатки для управления кистью робо-руки

Управление изгиба пальцев манипулятора в зависимости от силы сжатия пальцев оператора. То есть «робо-рука» повторяет движение пальцев

Устройство в сборе мы помещаем в термоусадочную трубку, для того чтобы изолировать фоторезистор от внешнего освещения.

Использование отладочной платы STM32F7 Discovery для...

3) создание/отладка кода программы микроконтроллера для управления устройством.

Что же такое отладочная плата? Отладочная плата — это набор комплексного решения от

Данный контроллер представлен на плате в виде 216 пинового TFBGA корпуса.

Совершенствование механизма финансирования...

компьютерная мышь, график зависимости координаты, устройство, время, модуль, правая кнопка мыши, перенос руки, отладочная плата, обучение устройства, внешний вид устройства.

Из опыта использования Arduino в курсовом и дипломном...

Ключевые слова: программирование, обучение, Arduino, средние профессиональные образовательные

В то же время на рынке существуют отладочные микропроцессорные комплекты

Устройства, основанные на Arduino, могут работать самостоятельно или...

Применение электроокулографии для управления указателем...

В статье описано устройство для снятия электроокулографических сигналов, которое может применяться для управления указателем компьютерной мыши при помощи движений глаз.

Автоматизированная система управления роботом-манипулятором...

Схема электрическая принципиальная устройства сопряжения представлена на рисунке 1.

Приложение «Оператор» реализовано в виде отдельных модулей, взаимодействующих между собой.

Затем осуществляется преобразование координат звеньев, полученных с объекта, в...

Разработка робота для транспортировки малогабаритных...

Рис. 5. Вид схвата сверху. При работе с оптическими датчиками возникли две проблемы

Это же напряжение поступает на плату Arduino Uno, где преобразуется в +5В для питания всех остальных устройств (рисунок 1). В качестве модуля повышающего преобразователя...

Программирование синусоидального и пилообразного сигналов...

ЦАП использует два вывода отладочной платы PA4 и PA5.

В панели файлов открыть «dac_user.h», два раза щелкнув по нему левой кнопкой мыши, и с помощью директивы «#include <>» записать в нем все

Необходимо проверить кабель, к которому подключено устройство.

Основы обучения робототехники в школе как способ повышения...

Другая сторона этого явления — упрощение самого процесса создания электронного устройства.

Также доступны несколько видов внешних плат расширения, называемых «англ. shields»

- по результатам электронного тестирования, завершающего изучение темы (модуля).

Создание сенсорной перчатки для управления кистью робо-руки

Управление изгиба пальцев манипулятора в зависимости от силы сжатия пальцев оператора. То есть «робо-рука» повторяет движение пальцев

Устройство в сборе мы помещаем в термоусадочную трубку, для того чтобы изолировать фоторезистор от внешнего освещения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Использование отладочной платы STM32F7 Discovery для...

3) создание/отладка кода программы микроконтроллера для управления устройством.

Что же такое отладочная плата? Отладочная плата — это набор комплексного решения от

Данный контроллер представлен на плате в виде 216 пинового TFBGA корпуса.

Совершенствование механизма финансирования...

компьютерная мышь, график зависимости координаты, устройство, время, модуль, правая кнопка мыши, перенос руки, отладочная плата, обучение устройства, внешний вид устройства.

Из опыта использования Arduino в курсовом и дипломном...

Ключевые слова: программирование, обучение, Arduino, средние профессиональные образовательные

В то же время на рынке существуют отладочные микропроцессорные комплекты

Устройства, основанные на Arduino, могут работать самостоятельно или...

Применение электроокулографии для управления указателем...

В статье описано устройство для снятия электроокулографических сигналов, которое может применяться для управления указателем компьютерной мыши при помощи движений глаз.

Автоматизированная система управления роботом-манипулятором...

Схема электрическая принципиальная устройства сопряжения представлена на рисунке 1.

Приложение «Оператор» реализовано в виде отдельных модулей, взаимодействующих между собой.

Затем осуществляется преобразование координат звеньев, полученных с объекта, в...

Программирование синусоидального и пилообразного сигналов...

ЦАП использует два вывода отладочной платы PA4 и PA5.

В панели файлов открыть «dac_user.h», два раза щелкнув по нему левой кнопкой мыши, и с помощью директивы «#include <>» записать в нем все

Необходимо проверить кабель, к которому подключено устройство.

Разработка робота для транспортировки малогабаритных...

Рис. 5. Вид схвата сверху. При работе с оптическими датчиками возникли две проблемы

Это же напряжение поступает на плату Arduino Uno, где преобразуется в +5В для питания всех остальных устройств (рисунок 1). В качестве модуля повышающего преобразователя...

Основы обучения робототехники в школе как способ повышения...

Другая сторона этого явления — упрощение самого процесса создания электронного устройства.

Также доступны несколько видов внешних плат расширения, называемых «англ. shields»

- по результатам электронного тестирования, завершающего изучение темы (модуля).

Создание сенсорной перчатки для управления кистью робо-руки

Управление изгиба пальцев манипулятора в зависимости от силы сжатия пальцев оператора. То есть «робо-рука» повторяет движение пальцев

Устройство в сборе мы помещаем в термоусадочную трубку, для того чтобы изолировать фоторезистор от внешнего освещения.

Использование отладочной платы STM32F7 Discovery для...

3) создание/отладка кода программы микроконтроллера для управления устройством.

Что же такое отладочная плата? Отладочная плата — это набор комплексного решения от

Данный контроллер представлен на плате в виде 216 пинового TFBGA корпуса.

Совершенствование механизма финансирования...

компьютерная мышь, график зависимости координаты, устройство, время, модуль, правая кнопка мыши, перенос руки, отладочная плата, обучение устройства, внешний вид устройства.

Из опыта использования Arduino в курсовом и дипломном...

Ключевые слова: программирование, обучение, Arduino, средние профессиональные образовательные

В то же время на рынке существуют отладочные микропроцессорные комплекты

Устройства, основанные на Arduino, могут работать самостоятельно или...

Применение электроокулографии для управления указателем...

В статье описано устройство для снятия электроокулографических сигналов, которое может применяться для управления указателем компьютерной мыши при помощи движений глаз.

Автоматизированная система управления роботом-манипулятором...

Схема электрическая принципиальная устройства сопряжения представлена на рисунке 1.

Приложение «Оператор» реализовано в виде отдельных модулей, взаимодействующих между собой.

Затем осуществляется преобразование координат звеньев, полученных с объекта, в...

Разработка робота для транспортировки малогабаритных...

Рис. 5. Вид схвата сверху. При работе с оптическими датчиками возникли две проблемы

Это же напряжение поступает на плату Arduino Uno, где преобразуется в +5В для питания всех остальных устройств (рисунок 1). В качестве модуля повышающего преобразователя...

Программирование синусоидального и пилообразного сигналов...

ЦАП использует два вывода отладочной платы PA4 и PA5.

В панели файлов открыть «dac_user.h», два раза щелкнув по нему левой кнопкой мыши, и с помощью директивы «#include <>» записать в нем все

Необходимо проверить кабель, к которому подключено устройство.

Основы обучения робототехники в школе как способ повышения...

Другая сторона этого явления — упрощение самого процесса создания электронного устройства.

Также доступны несколько видов внешних плат расширения, называемых «англ. shields»

- по результатам электронного тестирования, завершающего изучение темы (модуля).

Создание сенсорной перчатки для управления кистью робо-руки

Управление изгиба пальцев манипулятора в зависимости от силы сжатия пальцев оператора. То есть «робо-рука» повторяет движение пальцев

Устройство в сборе мы помещаем в термоусадочную трубку, для того чтобы изолировать фоторезистор от внешнего освещения.

Задать вопрос