Аннотация: 

В данной статье освещается проблема создания системы управления роботом-манипулятором с помощью окулографических технологий. Приводится описание разрабатываемой системы методом черного ящика.

Ключевые слова: робот, манипулятор, управление, eye-tracker, черный ящик.

ВВЕДЕНИЕ

Разработка автоматизированных роботехнических систем для помощи полностью парализованным инвалидам имеет первостепенную значимость для улучшения качества их жизни. При этом значительное внимание стоит уделить созданию возможности управления подобной системой самим инвалидом.

В статье будут приведены уже существующие решения и разработана модель черного ящика предлагаемого решения.

Обзор существующих решений

Задача создания интерфейсов подобных систем управления решалась разными способами. Большинство систем для помощи при реабилитации инвалидов, чаще всего основаны на считывании действующих мышечных функций. К примеру:

Макет протеза кисти человека, управляемый электро-импульсами, проходящими при сокращении мышц (рисунок 1).

Электро-импульсы – достаточно яркое явление, поэтому их считывание достаточно простое и эффективное решение. Но существует ситуации, когда из-за повреждения частей тела считывание импульсов затруднено или невозможно. Поэтому и существуют иные способы управления.

Макет протеза кисти, управляемый голосом (рисунок 2)

Управление голосом – все более часто применяемое решение, но такое решение подходит далеко не всегда.

Рисунок 1 – Макет управляемого электро-импульсами протеза

Рисунок 2 – Макет управляемого голосом протеза

Достаточно часто у полностью парализованных людей сохраняется двигательная функция глазного яблока. Поэтому актуальна разработка системы управления манипулятором на основе окулографии.

Так как человек парализован, нет смысла имитировать части тела. В качестве исполняемого устройства будет представлен манипулятор с тремя плоскостями движения (рисунок 3).

Рисунок 3 – Макет манипулятора

Для реализации данной цели необходимо определить логику работы данной системы.

Черный ящик. Описание системы

Одним из решений является описание работы системы методом черного ящика. На рисунках 4 и 5 представлена DFD- диаграмма описывающая работу системы.

Рисунок 4 – Главная схема

Рисунок 5 – Декомпозиция первого уровня

Система высокого уровня отвечает за взаимодействие пользователя с системой управления манипулятором: принимает команды, отвечает за настройки, выдает сообщения об ошибках и обменивается пакетами команд с системой низкого уровня.

Система низкого уровня отвечает за работу манипулятора: обменивается пакетами с системой высокого уровня, управляет сервоприводами манипулятора.

По диаграмме черного ящика был составлен примерный интерфейс пользователя системы (рисунок 6).

Рисунок 6 – Интерфейс пользователя

Изначально, ставя задачу реализации системы окулографического управления самодельным манипулятором, мы считаем, что в будущем данная система будет применима и к другим областям.

 

Список литературы

Маторин С.И. Теория систем и системный анализ: Учебное пособие / С.И. Маторин., О.А. Зимовец. – Белгород: Изд-во НИУ «БелГУ», 2012. – 288 с.

Документация Microsoft WPF. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://docs.microsoft.com/ru-ru/dotnet/desktop/wpf/ свободный – (29.11.2020).

Документация Arduino. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.arduino.cc/en/main/docs

свободный – (29.11.2020).

Документация С++. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://docs.microsoft.com/ru-ru/cpp/cpp/?view=msvc-160&viewFallbackFrom=vs-2019

свободный – (29.11.2020).

Руководство С# System.Io.Ports. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

https://docs.microsoft.com/ru-ru/dotnet/api/system.io.ports.serialport?view=netframework-4.8

свободный – (29.11.2020).

2017 г. А.А. Фролов, И.Б. Козловская, Е.В. Бирюкова, П.Д. Бобров1

Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, 2 Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова 3 Институт Медико-биологических проблем РАН

Код для цитирования: Скопировать