CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con el campo de los mandos intuitivos para control de dispositivos electrónicos por seguimiento dinámico de movimientos de la mano, con la finalidad de que el usuario controle diversos dispositivos y equipos electrónicos como cursores de computadora, también de smartphones y tablets, dirigir juguetes electrónicos a control remoto como aviones, helicópteros, barcos, carros, etc., robots manipuladores para la industria manufacturera (brazos ensambladores de líneas de producción) y unidades especiales tele-operadas a distancia por seguridad de los operadores en ambientes o situaciones de alto riesgo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad los dispositivos apuntadores tradicionales han sido diseñados para su uso en una superficie de escritorio horizontal, con el usuario sentado en posición vertical y no dedicado a otra actividad, de tal forma que los dispositivos apuntadores tradicionales, asi como los mandos de control a menudo no son prácticos en muchos escenarios. Por ejemplo, un mouse tradicional no permite que un usuario lo use sin una superficie, ni hacerlo en una postura relajada, asimismo un mando de control normalmente requiere el uso de las dos manos del usuario.

La presente invención proporciona una solución a los inconvenientes antes mencionados ya que a muchos de los usuarios les gustaría navegar sin tener que estirarse para llegar a una superficie para apoyo del ratón o utilizar ambas manos para controlar un mando. DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1a, ilustra el mando de la presente invención en la mano del usuario. La figura 1b, ilustra el proceso de operación del mando de la presente invención en la mano del usuario.

La figura 2, ilustra los botones inteligentes de proximidad de la presente invención.

La figura 3, ilustra los protocolos de comunicación del mando de la presente invención.

La figura 4, ilustra las múltiples aplicaciones del mando de la presente invención. Las figuras 5-7, ilustran la forma de utilización del mando de la presente invención.

Las figuras 8a y 8b, ilustra la modalidad semipreferente de multisensores touch y ópticos por botón inteligente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

De acuerdo a lo ilustrado en las figuras 1a, 1b, 2-7, 8a y 8b, la presente invención se refiere a un mando intuitivo para control de dispositivo electrónico que se comprende de una carcasa (1) que aloja una pequeña tarjeta electrónica rectangular de aproximadamente 6cm de largo por 2cm de ancho con un espesor de 5mm, teniendo la carcasa (1) una cara posterior que hace contacto con la palma de la mano, es de material suave y semi deformable para adaptarse sutilmente a la forma de la palma y brindar mayor confort; un arnés (7) flexible para que el mando se sujete a la parte interna de la palma de la mano del usuario, la carcasa (1) tiene en su cara frontal 3 botones inteligentes de proximidad que consisten en cavidades cóncavas en las que hay sensores especiales que sirven como 3 de los 4 principales botones inteligentes de proximidad, equivalentes en un ratón de computadora al botón izquierdo (3), botón medio (4) y el botón de habilitación (5).

El mando comprende además un interruptor central (6) en la parte frontal inferior del mismo, para ponerse en modo de cambio de nivel de sensibilidad; un sensor inteligente óptico que es capaz de reconocer los movimientos, distancia, dirección y posición del dedo pulgar, funcionando como una palanca analógica a la vez, como un simple y común botón inteligente de proximidad superior (2) en la parte superior del mando, equivalente en el ratón de computadora al interruptor derecho, cuenta con dos leds (9, 11) RGB (rojo verde azul) para indicar estados de batería y carga (solo para versiones inalámbricas que cuentan con baterías recargables) a la vez que indican el nivel de sensibilidad seleccionado con el interruptor central (6) de cambio de nivel de sensibilidad.

El mando intuitivo para control de dispositivo electrónico, además comprende un altavoz (10) piezoeléctrico muy pequeño para producir sonidos e indicar auditivamente cuando se ha detectado un "pulso de interruptor", y un medio de comunicación (8) entre el mando y el dispositivo electrónico a controlar, el cual puede ser un cable USB como se ilustra en la modalidad preferida de la figura 1a, conector serial, o un módulo transmisor inalámbrico con baterías recargables (depende para la plataforma y aplicación final).

Descripción funcional interna

Una vez que se ha conectado el mando a la consola de aplicación final, al ser activado con el "botón inteligente de proximidad" superior (2) de habilitado, como se puede apreciar en la figura 1b, el mando comienza a leer de manera constante (aproximadamente 1000 lecturas por segundo), un sensor:

Giroscopio que es el encargado de obtener lecturas de rotaciones y movimientos angulares que realiza la muñeca del usuario, y a estos datos los pasa por integraciones sucesivas (proceso matemático) para obtener el ángulo de inclinación en cada respectivo instante con la finalidad de poder saber cuántos grados ha rotado la mano de la persona en cualquier dirección y así saber hacia donde está apuntando o dirigiendo el gadget a controlar. Al mismo tiempo hay unos detectores de dedos denominados "botones inteligentes de proximidad", como se ilustra en la figura 2, cuya función es servir como botones convencionales y los cuales están formados en al PCB (parte interna del mando) por una superficie de cobre (3a) que se conecta a un circuito "touch" capacitivo para detectar la capacitancia de los dedos humanos (34) al acercarse a él, al mismo tiempo que por el otro lado de la PCB (parte interna del mando) y a través de 2 pequeños orificios (32) hay un sistema óptico que consiste en un pequeño emisor de luz infrarroja (30) y otro receptor (31), cuya finalidad es generar un campo de iluminación infrarroja (33) enfrente de la superficie de cobre (3a) que está en una cavidad cóncava en la cara frontal del mando (el denominado "botón inteligente de proximidad") y en el cual al acercarse el dedo humano hace que se refleje más o menos luz infrarroja en el detector con lo que se puede determinar la distancia entre el dedo y el botón inteligente y si el dedo se acerca o se aleja de esa zona.

El objetivo de utilizar un detector de dedos en vez de un interruptor convencional, se debe a que el interruptor convencional tiene partes mecánicas y para accionarse requiere de una fuerza mínima en su contra para que pueda ser presionado y se cierre su circuito eléctrico, esto genera presión adicional y movimientos no deseados que se agregan al control del mando en movimientos precisos (el presionado de botones convencionales en este mando genera un movimiento no deseado), así que, al poner este detector de dedos inteligente que combina detección por luz con detección "touch" por capacitancia se obtiene una versión muy sofisticada de un "botón inteligente de proximidad" que es ultra sensible con presión cero a partir de una distancia del dedo al que se puede ajustar con algoritmos de manera automática para cada usuario al momento de calibrar y ajustar el control de manera personal. Estos dos datos: ángulos de rotación e inclinación del mando (sujeto a ia mano), junto con la detección de dedos por los "Botones inteligentes de proximidad" es pre-procesada matemáticamente, y después interpretada para entender qué tipo de movimiento y acciones está realizando la mano del usuario (en tiempo real) y una vez que ha sido interpretadas estas acciones de la mano, se verifica en un registro (grabado de fábrica para cada respectiva aplicación comercial a la que se destine) a qué comando, protocolo de salida y consola o plataforma de aplicación final se le tiene que enviar esta información para que la envié de una manera que el gadget pueda entender y realizar lo que el usuario le ordena a través de los movimientos de su mano y dedos.

Más específicamente el funcionamiento del dispositivo se encuentra en el diagrama de bloques de la figura 1b, en la cual se ilustra: Un sensor de movimiento (91); sensores de dedos (92), lecturas y pre-procesamiento de señales (100); detección de eventos (101); procesamiento de señales e interpretación (102); asignación de comandos (103); registro de configuración para seleccionar salida (104) y un selector de salida (105) hacía un SPI (20) Interface periférica en serie, un I2C (21) Circuito inter-integrado (Inter-I ntegrated Circuit), un SERIAL (22), un USB (23) Universal Serial Bus o un puerto PARALELO (24).

El uso básico de este mando intuitivo para control de gadgets electrónicos por seguimiento dinámico de movimientos de la mano, fue diseñado y desarrollado para ser un medio a través del cual los usuarios pudieran controlar diversos dispositivos y equipos electrónicos como cursores de computadora (también de smartphones y tablets), dirigir juguetes electrónicos a control remoto (como aviones, helicópteros, barcos, carros, etc.), robots manipuladores para la industria manufacturera (brazos ensambladores de líneas de producción) y unidades especiales tele-operadas a distancia por seguridad de los operadores en ambientes o situaciones de alto riesgo, se exponen los ejemplos más básicos de uso de este mando en la figura 4 y a continuación su explicación:

como sustituto de un mouse para computadora: donde al mando se le agrega un conector USB para que se pueda conectar con una computadora, tablet o smartphone (o ratón inalámbrico con baterías recargables y modulo inalámbrico de comunicación), y se configura para ser reconocido y trabajar comandos de ratón USB. Y al colocarse en la mano y activar el "botón inteligente de proximidad" de habilitación, si la persona gira la muñeca como si apuntara hacia arriba el cursor de la computadora, éste se desplazará hacia arriba en proporción con el movimiento de la mano, si la persona gira la muñeca como si apuntara hacia abajo, el cursor de la computadora se desplazará hacia abajo en proporción con el movimiento de la mano, si la persona gira la muñeca como si apuntara hacia la derecha, el cursor de la computadora se desplazará hacia la derecha en proporción con el movimiento de la mano, si la persona gira la muñeca como si apuntara hacia la izquierda el cursor de la computadora se desplazará hacia la izquierda en proporción con el movimiento de la mano, y los "Botones inteligentes de proximidad" (2, 3, 4) funcionarán respectivamente como si fueran exactamente los 3 botones de computadora (Izquierdo, Derecho, y Medio)

control remoto para juguetes y unidades especiales: aquí el mando funciona de manera muy similar que en el ejemplo anterior, con la diferencia de que, en vez de controlar un cursor de computadora, será usado para controlar vehículos operados a control remoto por ejemplo en un carro electrónico, al girar la muñeca como si apuntara hacia la izquierda, el carro se dirigirá hacia la izquierda en proporción con el movimiento de la mano (de misma manera para las demás direcciones) y teniendo funciones especiales del propio vehículo para cada "botón inteligente de proximidad" del mando (analógicas o digitales), por ejemplo activación de taladro o encendido de luces o descarga de cargamento.

Mando para controlar y programar secuencias en robots industriales manipuladores: en este caso el mando demuestra su mayor potencial ya que su uso es para operar brazos robóticos en líneas de producción y básicamente los movimientos de la mano que haga el operador serán los mismos que haga el brazo robótico más las funciones predefinidas de cada "botón inteligente de proximidad" del mando (analógicas o digitales), por ejemplo: sujetar piezas, dar puntada de soldadura, encender pulido, activar bomba de aire o electro-válvula para chorro de pintura dirigido, etc.

Es importante indicar que las funciones de los "botones inteligentes de proximidad" están pre-definidas para las aplicaciones estándar como sustituto de ratón de computadora donde los "botones inteligentes de proximidad" corresponden con ios botones de Habilitación, interruptor Izquierdo, interruptor Derecho, interruptor Medio. Y para otras aplicaciones como mandos de vehículos a control remoto y brazos robóticos industriales se definen las funciones específicas de los "botones inteligentes de proximidad" en conjunto con cada respectivo fabricante y, si el fabricante lo requiere, esta información se mantendrá en carácter de confidencialidad con el propio.

Ajuste de sensibilidad

Como se ilustra en la figura 7, esta función consiste en cambiar el nivel de sensibilidad del giroscopio de movimientos super finos hasta movimientos muy bruscos para mayor adaptabilidad del usuario a su pulso y tareas a realizar, y se ajusta la sensibilidad de la siguiente manera: Simplemente se mantiene presionado el interruptor central (6) de cambio de nivel de sensibilidad mientras se gira o rota el antebrazo con muñeca firme, a la derecha o izquierda y se selecciona el nivel predefinido de sensibilidad con el color de un led RGB de la parte superior del mando (conforme se va rotando el antebrazo y muñeca el color del led RGB va cambiando con el ángulo para indicar el nivel), y al llegar al nivel deseado se suelta el interruptor central (6).

Habilitación y deshabilitación de sonido del mando Para más comodidad del usuario al no contar con botones mecánicos convencionales en los que se siente cuando se ha presionado el interruptor, o que se escuche el típico "click" (como en los ratones de computadora) se agregó una micro-bocina piezoeléctrica, la cual es capaz de generar sonidos parecidos al "click" para que el usuario al no sentir el "botón inteligente de proximidad" pueda escuchar un "click" más familiar y asimilar que se ha detectado correctamente la activación de algún "botón inteligente de proximidad" del mando. La función de generar un sonido para indicar cuando se haya efectuado correctamente una detección de dedo (equivalente a una pulsada de interruptor), se puede prender o apagar de la siguiente manera:

Prender sonido: sin presionar el "botón inteligente de proximidad" de habilitación (5) se mantiene presionado el "botón inteligente de proximidad" superior (2) de la parte superior como se ilustra en la figura 1a, correspondiente al dedo pulgar cercano a dicho "botón inteligente de proximidad" y a continuación se pulsa el interruptor central (6) de cambio de nivel de sensibilidad (por un instante) y se suelta el interruptor central (6) de cambio de sensibilidad y un instante después se suelta el "botón inteligente de proximidad" superior (2), se escuchará un sonido similar a un "click" mientras el led RGB parpadea de color blanco, indicando que se habilitó la función de sonido para los "Botones".

Apagar sonido: sin presionar el "botón inteligente de proximidad" de habilitación (5) se mantiene presionado el "botón inteligente de proximidad" superior (2) de la parte superior del mando (botón visible en la figura 1a) correspondiente al dedo pulgar en el "botón inteligente de proximidad" superior (2) y a continuación se pulsa el interruptor central (6) de cambio de nivel de sensibilidad, un instante después se suelta el "botón inteligente de proximidad" superior (2) y otro instante después se suelta el interruptor central (6) de cambio de sensibilidad, no se escuchará nada mientras el led RGB parpadea de color blanco, indicando que se ha deshabilitado la función de sonido para los "Botones".

Ajuste y calibración del mando con la mano del usuario Esta función graba los datos de reflexibilidad óptica y capacitancia del usuario en la memoria interna del mando a una distancia preferida por cada individuo, con lo que se obtiene mayor comodidad personalizada de acuerdo a los gustos, tamaños, fisionomías y color de piel de cada usuario en específico.

La manera de obtener esta función es: se mantiene presionado el interruptor central (6) de cambio de nivel de sensibilidad y a continuación se debe de hacer un movimiento rápido de la muñeca hacia arriba, se suelta el interruptor central (6) de cambio de nivel de sensibilidad, y se ponen los dedos a la distancia más cómoda cerca de los "botones inteligentes de proximidad" (hay una distancia de 0 a máxima de 2cm) y se graban los valores, para trabajar con ellos como si esa fuera la distancia máxima a partir de la que se activarán las funciones respectivas de cada uno de los "botones inteligentes de proximidad".

La manera en la se puede hacer que este mando sea multiplataforma para diversas aplicaciones finales es gracias a que se puede comunicar de diversas maneras con diversos dispositivos electrónicos, y esto lo hace gracias a las diferentes salidas de comunicación electrónica que posee, como se puede apreciar en la figura 3, por la parte trasera y debajo de la cubierta de material suave, semi-moldeable, impermeable, anti-derrapante y anti-transpiración (para fines ortopédicos) hay varios puertos que se pueden usar para conectarse de la manera más adecuada al dispositivo con el que trabajará; registrándose al fabricarse qué puerto será usado para comunicarse y con qué protocolo de comunicación electrónica con comandos específicos, siendo los siguientes protocolos de comunicación electrónica debido a que son estándar:

SPI (20): Interface periférica en serie (Serial Peripheral Interface), que es uno de los 2 principales protocolos de comunicación en el mundo de la electrónica embebida ya que es usado para comunicarse con prácticamente cualquier otro dispositivo electrónico.

I2C (21): Circuito inter-integrado (Inter-lntegrated Circuit), que es uno de los 2 principales protocolos de comunicación en el mundo de la electrónica embebida ya que es usado para comunicarse con prácticamente cualquier otro dispositivo electrónico.

SERIAL (22): protocolo muy usado para comunicarse con diversos módulos (como los inalámbricos) al mismo tiempo que en la electrónica embebida y robots industriales.

USB (23): (Universal Serial Bus) seleccionado principalmente para compatibilidad en computadoras, laptops, tablets y smartphones en donde será usado como sustituto de ratón óptico convencional.

PARALELO (24): se usa más para la interfaz electrónica con algunos puertos de robots industriales. Con apoyo a los protocolos de comunicación antes mencionados, el mando tiene la capacidad de comunicarse a diversos módulos electrónicos para realizar la transferencia de datos y comandos (órdenes del usuario), y estos módulos con los que se puede enlazar son:

RS232 (25): transeiver que sirve para comunicación alámbrica a larga distancia ampliamente usado en la industria y en especial en robótica.

RS485 (26): transeiver diferencial (tiene mayor inmunidad al ruido eléctrico y electrónico) que sirve para comunicación alámbrica a larga distancia ampliamente usado en la industria y en especial en robótica.

Bluetooth (27): son módulos comerciales para transmitir y recibir información de manera inalámbrica (en áreas pequeñas) a través del mismo reconocido y popular protocolo de comunicaciones (de amplio uso en la actualidad).

Wifi (28): son módulos comerciales para transmitir y recibir información de manera inalámbrica a través de redes locales de cobertura mediana, o en ambientes multiusuarios y multimáquinas.

Ethernet (29a): son módulos comerciales para transmitir y recibir información de manera alámbrica a través de redes de cobertura muy amplia, o en ambientes automatizados como puede ser la industria manufacturera o de construcción.

RF y RC (29b): son módulos comerciales para transmitir y recibir información de manera inalámbrica con cobertura mediana-alta, o en campo abierto, más orientados a vigilancia o entretenimiento personal (como vehículos a control remoto).

Modalidades

Configuración multi sensores:

También se puede configurar con múltiplos de 2 o más sensores (o cualquier otro múltiplo en disposición lineal como en la figura 8a o en disposición matricial como en la figura 8b por botón inteligente de la parte frontal así como el "botón inteligente de proximidad" superior (2) para mayor compatibilidad a los diversos tamaños y fisonomías de la mano de cada respectivo usuario, funcionando estos multisensores en conjunto para la detección de cada respectivo dedo, detectando su presencia, distancia, velocidad y dirección (si se acerca o aleja cada respectivo dedo del botón inteligente) con lo que se brinda la posibilidad de ser un botón digital (simple detección de dedo cerrado o abierto) o botón analógico al brindar un valor correspondiente con la distancia entre el dedo y el sensor. Ratón USB: consiste en un sustituto del típico ratón óptico para computadoras, tablets y smartphones, conectándose por un cable y conector USB y siendo reconocido por la PC de inmediato como un ratón (sin la necesidad de instalar ningún otro software o driver en la misma)

Conectado a la computadora funciona solo cuando se activa el "botón inteligente de proximidad" de habilitación (idealmente con el dedo anular) para seguir los movimientos horizontales y verticales de la mano y convertirlos en direcciones, velocidades y desplazamientos del cursor de la computadora junto con la función de los 3 botones (izquierdo, medio y derecho) al mismo tiempo que conservan las funciones antes mencionadas de ajuste de sensibilidad, habilitación y deshabilitación de sonido del mando, ajuste y calibración del mando con la mano del usuario

Ratón inalámbrico

Funciona exactamente como la modalidad anterior, con la diferencia de que no se conecta por cable de USB, sino que más bien se enlaza a la computadora inalámbricamente a través de WIFI o BLUETOOTH con la incorporación de sus respectivos módulos de comunicación y requiere de baterías recargables incorporadas en el mando para funcionar (por no disponer de una fuente de energía externa)

Mando para Robots industriales:

Esta modalidad consiste en un mando intuitivo para controlar por medio de los movimientos de la mano a robots manipuladores en la industria manufacturera (pero no limitándose o restringiéndose exclusivamente a ésta), conectado a través de su respectivo protocolo de comunicaciones (y programados previamente sus comandos respectivos en acuerdo con cada respectivo fabricante con el que se haga algún convenio) se pueden controlar con los movimientos intuitivos y voluntarios de la mano y dedos en tiempo real, estos brazos robóticos para ajustes, movimientos particulares o grabarle en su memoria secuencias requeridas de acciones que debe de realizar para sujetar, manipular, transportar o procesar alguna pieza o parte específica en la línea de producción de manera repetitiva cuando se detecte y requiera de manera automática e independiente.

Mando para juguetes a control remoto:

Aquí se trata de brindarles a diversos fabricantes de juguetes a control remoto para carritos RC, aviones a escala, etc. de un mando para el usuario final que, conectado con su respectivo módulo de comunicación inalámbrica y baterías recargables, sea capaz de enviarle al juguete las órdenes del usuario para controlarlo, moverlo, dirigirlo y manipularlo a voluntad a través de los movimientos de la mano y dedos que detecta el mando. Mando para unidades especiales:

Esta modalidad prácticamente idéntica a la anterior, con la diferencia de que aquí no se trata de controlar juguetes, sino más bien unidades especiales tele-dirigidas para situaciones de alto riesgo para el operador como pueden ser (pero no limitándose exclusivamente a estos ejemplos):

submarinos de exploración para actividades marítimo-mercantiles o de oceanografía

excavadoras de presión para pozos petroleros

grúas de carga en construcción

robots interceptores y de vigilancia en actividades policíacas y militares