Устройство для ввода учебной информации Советский патент 1992 года по МПК G09B7/02 

VI

Сл Ю СО Os 00

Изобретение относится к биотехническим адаптируемым средствам для бесклавишного ввода информации движениями пальцев и кисти руки, формируемыми без привлечения зрения соответственно столбцу и строке символа в матрице тренажера. ти Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет снижения начальной емкости сенсоров и исключения соединений между ними и мультиплексором. Устройство содержит блоки 2 и 3 датчиков активности пальцев, блоки 4 и 5 датчиков активности кисти руки обучаемого первый 6 и второй 7 дешифраторы, входы 8, 9 которых соединены с информационными выходами блоков 2 и 3 соответственно, первый 10 и второй 11 блоки оптоэлектронных элементов, входы которых подключены к выходам дешифраторов 6, 7 соответственно, шифратор 12, входы которого соединены с выходами группы первого 10 и второго 11 блоков оптоэлектронных элементов, а выходы являются соответствующими выходами 13 первой группы устройства, элемент ИЛИ 14, входы которо4J fe

Фиг.1

го подключены соответственно к выходам первого 10 и второго 11 блоков оптоэлект- ронных элементов, входы 15 которых соединены с синхровыходами блоков 2 и 3 соответственно, элемент 16 задержки, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 14, а выход является выходом записи устройства, и группу элементов ИЛИ 17, первые и

Изобретение относится к средствам квазиречевого ввода информации с помощью координатно-моторных (КМ) движе- ний пальцами и кистью руки без -привлечения зрения и может найти применение в беспанельных пультах управления, в тренажерах для выработки у оператора квазиречевого рефлекса и в других устройствах для ввода информации без привлечения зрения.

Известно биотехническое адаптируемое устройство для бесклавишного ввода информации, содержащее блокдатчиков активности пальцев и кисти рук, выходы которых через последовательно соединенные усилитель и интегратор подключены к соответствующим входам преобразователя амплитуд биоактивности, генератор импульсов, узел свертки, элемент ИЛИ, дешифратор обобщенных КМ-символов, который составлен из блока выработки экстремума, блока четности матрицы и блока памяти координат.

Данное устройство имеет ограниченную надежность.

Наиболее близким к изобретению является устройство для ввода информации, содержащее генератор импульсов, первый и второй блоки делителей напряжения, первый и второй блоки эмитгерных повторителей, мультиплексор, первый выпрямитель, интегратор, первый и второй компараторы, триггер, первый элемент ИЛИ, блок интеграторов, второй элемент ИЛИ, второй выпрямитель и счетчик.

Однако и это устройство имеет надежность, ограниченную повышенными требованиями к длительности тактирующих импульсов.

Целью изобретения является повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем. что в известное устройство для ввода учебной информации, содержащее первые блоки датчиков активности пальцев и кисти руки обучаемого, введены вторые блоки датчиков

вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блоков 4 и 5 соответственно, а выходы являются соответствующими выходами 18 второй группы устройства, причем входы блоков 2-5 соединены с шиной 19 тактирующих импульсов, а третьи входы блоков 10,11 - с шинами раздельного питания. 6 ил.

активности пальцев и кисти руки обучаемого, первый и второй дешифраторы, входы которых соединены с соответствующими информационными выходами первого и второго блоков датчиков активности пальцев руки обучаемого соответственно, первый и второй блоки оптоэлектронных элементов, входы группы.которых подключены к соответствующим выходам первого и второго

дешифраторов соответственно, шифратор, входы которого соединены с соответствующими выходами группы первого и второго блоков оптоэлектронных элементов, а выходы - являются соответствующими выходами

первой группы устройства, элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков оптоэлектронных элементов, входы которых соединены с винхровыходами первого и второго блоков датчиков активности пальцев руки обучаемого соответственно, элемент задержки, вход которого подключен к выходу элемента ИЛ И, а выходявляется выходом устройства, и группа элементов ИЛИ, первые и вторые входы которых соединены с соответствующими выходами первого и второго блоков датчиков активности кисти руки обучаемого соответственно, а выходы являются соответствующими выходами второй

группы устройства.

На фиг. 1 изображена общая структура предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блоков датчиков активности пальцев; на фиг. 3 - схема блоков датчиков активности

кисти руки обучаемого; на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 6 - схемы матриц нижнего и верхнего регистров.

Устройство содержит плату 1, на которой размещены первые 2 и вторые 3 блоки датчиков активности пальцев и блоки 4 и 5 датчиков активности кисти руки обучаемого, первый 6 и второй 7 дешифраторы, входы 8 и 9 которых соединены с соответствующими

информационными выходами блоков 2 и 3 соответственно, первый 10 и второй 11 блоки оптоэлектронных элементов, входы группы которых подключены к соответствующим выходам дешифраторов 6 и 7 соответственно, шифратор 12, входы которого соединены с соответствующими выхо- дами группы блоков 10 и 11, а выходы являются соответствующими выходами 13 первой группы устройства, элемент ИЛИ 14, входы которого подключены к выходам блоков 10 и 11, входы 15 которых соединены с синхровы ходами блоков 2 и 3 соответственно, элемент 1 б задержки, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ И, а выход является выходом записи устройства, и группу элементов ИЛИ 17, первые и вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блоков 4 и 5, а выходы являются соответствующими выходами 18 второй группы устройства, причем входы блоков 2-5 соединен ы с шиной 19 тактиру- ющих импульсов, а третьи входы блоков 10 и 11 соединены с шиной питания.

Блок 2 (3) (фиг. 2) имеет группу 20 сенсорных площадок (СП) 21, соединенных с информационными входами мультиплексо- ра 22, адресные входы которых соединены с выходами счетчика 23, вход которого и вход синхронизации мультиплексора 22 соединен с шиной 24 тактирующих импульсов (ТИ), регистр 25, входы которого соединены с выходом счетчика 23, а выходы подключены к информационным выходам 26 блока 2 (кода Хла латеральной активности пальцев руки). Выход мультиплексора 22 соединен с входом одновибратора 27 с повторным за- пуском, выход которого соединен с входом одновибратора 28 с повторным запуском, выход которого подключен к входу записи регистра 25 и к синхровыходу 29 блока 2,

Блок 4 (5) фиг. 3 содержит сенсорные ячейки 30 - 32, у первой и третьей из которых сенсорные площадки 33 и 34 расположены на руках контрлатерально (симметрично), сенсорная , площадка 35 смонтирована на кольце (не показано), уста- навливаемом на одном из пальцев кисти руки. К выходам площадок 33 - 35 через усилители 36 - 38 подключены установочные входы триггеров 39-41 и входы элемента И-НЕ 42, выход которого по первому входу 43 Ячейки 44 управления запуском соединен с входом разрешения сдвига регистра 45, первый тактовый вход которого по синхровходу 24 соединен с шиной 19 (фиг. 1) ТИ, а входы параллельной записи данных соединены с общим проводом. Вход разрешения параллельной записи и второй тактовый вход соединены через регистр 46 с шиной питания. Ячейка 44 составлена из регистра 45 сдвига и инвертора 47, вход

которого подключен к выходу старшего разряда регистра 45, а выход инвертора 47 соединен по выходу 48 ячейки 44 с входами триггеров 39-41, соединенных через резисторы 49 с соответствующими входами узла 50 оптоэлектронных элементов 51 - 53, причем выходы 54 и 55 блока 4 (5) по координатам Y1 и Y3 активности кисти руки и выход 56 по сигналу Символы-операторы являются выходами блока.

Устройство работает следующим образом.

Устройство предназначено для безмашинного преобразования рефлексивных движений пальцами и кистью руки обучаемого в двоичные коды, эквивалентные символам алфавита, цифрам и операторам программирования.

Принято следующее деление функций по отдельным блокам.

Блоки 2 и 3 предназначены для преобразования активности пальцев рук обучаемого в двоичный код КМ-символов, выработки разрешения выборки и строба записи кода Хт во внешнее устройство. Блоки 4 и 5 предназначены для преобразования активности кисти руки в координаты Y1 и Y3 и сигнал Символы-операторы (СО). Дешифраторы 6 и 7 предназначены для преоб- разования кода Хла координаты латеральной активности пальцев руки в уровень напряжения Лог. 1 на одном из выходов. Блоки 10 и 11, оптоэлектронные элементы 51-53 предназначены для гальванической развязки блоков 2 - 5 от шифратора 12 и внешних блоков биотехнического адаптируемого контроллера.

Аналогично ячейке 31 блока 4 могут быть выполнены ячейки для выработки сигналов Верхний регистр, Сброс, Четность матрицы, Латинский алфавит и др.

Предварительно на пальцы рук и кисти рук обучаемого устанавливаются датчики (СП), выходы которых соединены с входами мультиплексоров 22 блоков 2 и 3, а также усилителей 36-38 в блоках 4 и 5. Затем устройство подключается к источникам питания и к внешнему генератору тактирующих импульсов. Затем инструктор поясняет методику формирования КМ-символов в соответствии с матрицей (фиг. 6). Текущая матрица указывается на дисплее тренажера, формируется последовательно строка вводимых обучаемым КМ-символов. Для выработки устойчивого квазиречевого рефлекса можно использовать известные тренажеры. Сначала осваивают простые КМ-движения, эквивалентные знакам второго (основного) горизонтального ряда клавиатуры тренажера (фиг. 6) от Ф до Д, Ж.

Эти движения формируют только с помощью сгибателей пальцев рук и перемещают палец вниз на 15-20 мм от исходного состояния (расслабленного мышц-антагонистов). Постепенно усложняют КМ-движе- ния, добиваясь четкого синтеза слога по квазиречевому букварю. По мере формирования рефлекса у обучаемого на знаки второго ряда матрицы А вводят символы нижнего ряда матрицы и активизируют супинатор контролатеральной руки, поворачивая кисть от оси симметрии на угол от 40 до 50-60°. Далее символы формируют без опоры на макет матрицы и без привлечения зрения, с вербальным подкреплением.

Через определенное время в набор слогов вводят символы, расположенные в верхнем ряду матрицы со знаками от И до 3, активизируя пронатор и поворачивая кисть руки на указанный угол, но к оси симметрии. Подготовка завершается, если обучаемый может осуществить бесклавишный ввод символов в темпе нормальной речи.

Рассмотрим работу блока 2 (фиг. 1 и 4). После включения питания обучаемый не касается площадок 21. С тактирующей шины 19 на вход счетчика 23 и мультиплексора 22 поступают короткие импульсы с периодом следования, равным Т (фиг. 4а). Счетчик 23 переключается по отрицательным фронтам этих импульсов и сканирует площадки 21, Так как начальная емкость каждой из свободных площадок 21 успевает зарядиться до необходимого порогового уровня за время, определяемое длительностью ТИ, то на выходе мультиплексора 22 непрерывно формируются короткие импульсы с периодом следования, также равным Т (фиг. 46). Эти импульсы запускают по входу В (фиг, 2) и удерживают в активном состоянии одно- вибратор 27, работающий в режиме повторного запуска (фиг, 4в). Одновибратор 28 при этом находится в исходном состоянии (фиг, 4г), поэтому запись информации в регистр 25 блокируется, состояние выходных шин 26 не меняется, сигнал разрешения .выборки кодов X и Y на выходе 29 отсутствует.

Когда обучаемый касается пальцем соответствующей площадки 21 во временном интервале ее выбора (фиг, 4д) на выходе мультиплексора 22 не формируется импульс повторного запуска (на фиг. 46 заштрихован), так как емкость этой площадки 21 за счет дополнительной емкости, вносимой обучаемым, не успевает зарядиться до необходимого порогового значения за время, определяемое длительностью тактирующего импульса.

В этом случае очередной запускающий импульс поступает на вход одновибратора

27 через некоторое время (фиг. 4в) и он в этот момент времени заканчивает временной интервал. Затем в следующий момент времени он опять запускается и будет находиться в активном состоянии до следующего опроса этой же площадки 21 в течение периода выборки. Процесс повторяется непрерывно, пока обучаемый прикасается к одной и той же площадке 21.

В результате этого на выходе одновибратора 27 формируются импульсы, Срез первого импульса одновибратора 27 запускает одновибратор 28, работающий в режиме повторного запуска. На выходе

одновибратора 28 формируется импульс (фиг. 4е), по фронту которого в регистр 25 записывается состояние счетчика 23. На первых выходах 26 блока 2 при этом формируется двоичный код адреса площадки 21

(фиг. 4з), к которой прикасается обучаемый. Одновременно на шине 29 формируется фронт сигнала (фиг. 4е) записи, который с второго выхода 29 блока 2 поступает на соответствующий вход 15 оптоэлектронного

элемента 10 (фиг. 1) и далее, чем элемент 14 ИЛИ поступает на вход элемента 16 задержки. Период задержки последнего (фиг. 4ж) учитывает время установки кода символа в памяти внешнего устройства.

Блок 4 (5) работает следующим образом. До начала движения кисти руки отсутствует касание какой-либо из площадок 33 - 35, поэтому на входе и выходе усилителей -уровни 1 (фиг. 5а) положительной полярности. На выходе элемента И-НЕ 42 присутствует уровень О (фиг, 56), который поступает на вход 43 ячейки 44 управления запуском. Одновременно на другой вход 24 ячейки 44 поступают импульсы тактовой частоты (фиг. 5в), При этом на выходе ячейки 44 управления и триггеров 39-41 присутствует уровень О (фиг. 5г, д). На выходах оптоэлектронных элементов 51-55 блока 2 присутствует также уровень О (фиг. 5е, ж).

Когда обучаемый поворачивает ту или иную кисть руки от оси латеральной симметрии, это завершается касанием площадки 33 ячейки 30 (фиг. 3). Через вносимую обучаемым электроемкость на входе усилителя 36

наводятся сигналы переменного напряжения. Эти сигналы усиливаются и формируются в прямоугольные импульсы усилителем 36 (фиг. 5а). Затем импульсы инвертируются элементом И-НЕ 42 (фиг. 56) и

запрещают сдвиг регистра 45, на выходе которого устанавливается Лог. О, а на выходе 48 ячейки 44 Лог. 1 (фиг. 5г).

Триггер 39 устанавливается и на его инверсном выходе Лог. 1 изменяется на

. О, которым блокируется установка остальных триггеров 40 и 41 (фиг, 5д), а на выходе 54 блока 2 по координате Y1 устанавливается высокий уровень Лог, 1.

Если касание площадки 33 прерывается, то на выходе ячейки 44 снова возникает уровень О (фиг. 5г) и триггер 39 устанавливается в исходное состояние (фиг, 5д).

При совместной работе блоков 2 - 5 за счет квазиречевого рефлекса, формируемого у обучаемого, символы в виде КМ-движе- ний вводятся последовательно с интервалами 15-20 мс. Однако чувствительность устройства и при одновременном сгибе пальцев рук позволяет четко различать символы. Временная организация КМ-дви- жений такова, что вспомогательные движения кистью руки практически могут выполняться одновременно с движением пальца руки. При этом координата активности кисти руки (Y1, A3 и СО) с соответствую- щего выхода 54 - 56 блока 4 поступает через элемент ИЛИ 17 (фиг. 1) на выход 18.

К моменту появления импульса записи информации с выхода элемента 16 (фиг. 4ж) обобщенный код Хт активности пальца руки уже присутствует на выходах 13 устройства (фиг. 4и) и на шинах второй группы выходов 18 (фиг. 4к-м) установлены обобщенные координаты Y1 или Y3 (СО). Следовательно, когда в момент времени экстремума движе- ния пальца руки осуществляется касание площадки 21 (фиг. 4з), то код ХЛа с выходов 26 блока 2 поступает на входы 8 (9) соответствующего дешифратора 6 (7), который преобразует код Хла в потенциальный сигнал высокого уровня на соответствующем выходе. Далее сигнал минует блоки 10 и 11 и поступает на соответствующий вход шифратора 12. При этом питание шифратора 12, элементов 14, 16 и 17 и выходов блоков 10 (11} осуществляется от отдельного источника +ЕП2.

Шифратор 12 преобразует входной потенциал в соответствующий код Хт.

Изобретение повышает надежность ус- тройства, так как удается снизить начальную емкость каждой из сенсорных площадок 21 за счет исключения соединительных проводов между ними и входами мультиплексора 22. Это позволяет умень-

шить длительность тактирующих импульсов при увеличении числа площадок. 21. Следовательно, становится возможным осуществлять КМ-ввод символов информации пальцами и кистью обеих рук без каких-либо временных ограничений при КМ-вводе информации, при сохранении точности формирования отдельных КМ-движений, что достигается совершенствованием навыка.

Гальваническая развязка обеспечивает обучаемому необходимую безопасность при бесклавишном вводе информации,

Формула изобретения Устройство для ввода учебной информации, содержащее первые блоки датчиков активности пальцев и кисти руки обучаемого, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введены вторые блоки датчиков активности пальцев и кисти руки обучаемого, первый и второй дешифраторы, входы которых объединены с соответствующими информационными выходами первого и второго блоков датчиков активности пальцев руки обучаемого соответственно, первый и второй блоки оптоэлектронных элементов, входы группы которых подключены к соответствующим выходам первого и второго дешифраторов соответственно, шифратор, входы которого соединены с соответствующими выходами группы первого и второго блоков оптоэлектронных элементов, а выходы являются соответствующими выходами первой группы устройства, элемент ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков оптоэлектронных элементов, входы которых соединены с синхровыходами первого и второго блоков датчиков активности пальцев руки обучаемого соответственно, элемент задержки, вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а выход является выходом устройства, и группа элементов ИЛИ, первые и вторые входы которых соединены с соответствующими выходами первого и второго блоков датчиков активности кисти руки обучаемого соответственно, а выходы являются соответствующими выходами второй группы устройства.

Фиг. I

Я

Фи$.3.

frl

N

i i

1 i

гч,

1 м гк

йэегш

С1