Пользовательское носимое устройство (варианты)
Изобретение относится к области человеко-машинных интерфейсов. Пользовательское устройство, выполненное с возможностью связи с промышленными системами автоматизации, включает три модуля. Первый модуль содержит электротехнические и электромеханические компоненты и оснащен направляющими для установки второго модуля. Второй выполнен с возможностью перемещения вдоль направляющих первого модуля для изменения фокусного расстояния блока линз и является подвижным оптическим блоком, состоящим из блока линз и промежуточного отражателя. Третий модуль выполнен с возможностью подстройки под положение глаза человека и является подвижным голографическим отражателем. Все модули в совокупности являются корпусом, выполненным с возможностью крепления на головной элемент. На корпусе размешены светодиодная подсветка, модуль камеры, выполненный с возможностью фото/видео фиксации объектов вокруг пользователя для проведения телемоста с удаленным специалистом, регистрации действий пользователя, сканирования по меньшей мере одного QR-кода, содержащего информацию для настройки пользовательского носимого устройства и получения информации с систем промышленной автоматизации. Изобретение обеспечивает повышение информационной осведомленности персонала посредством вывода информации на подвижный голографический отражатель, использования предупреждающих световых и/или звуковых сигналов, а также интеграции в системы сбора и анализа данных. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к области человеко-машинных интерфейсов, в частности к пользовательскому носимому устройству для связи с промышленными объектами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известен источник информации US 10,176,783 B2, 08.01.2019, раскрывающий управляемое компьютером носимое устройство отображения, включающее в себя механизм отображения для представления виртуальных изображений пользователям, соединённое с управляемым компьютером портативным устройством отображения, включающим в себя экран отображения для представления реальных изображений пользователям носимого устройства отображения. Система управления приложениями и связи, включающая в себя приложение внешнего менеджера, находящееся на портативном устройстве отображения, обеспечивает управление и запуск приложений, находящихся на носимом устройстве отображения, через пользовательский интерфейс портативного устройства отображения.
Из уровня техники также известен источник информации, US 8,040,292 B2, 18.10.2011, раскрывающий портативное устройство отображения связи. Система отображения отображает информацию через матричный элемент отображения, установленный внутри корпуса, который расположен относительно, по меньшей мере, глаза пользователя. Дисплей подключен к источнику видео или информации, так что пользователь может просматривать информацию или изображения, отображаемые на дисплее. Дисплей может быть установлен на раме, так что пользователь может перемещать дисплей в поле зрения пользователя и из него, не регулируя поддерживающий жгут, который удерживает дисплей на голове пользователя.
Предлагаемое техническое решение отличается от известных из уровня техники тем, что пользовательское носимое устройство выполнено в модульном корпусе, а также содержит направляющие для изменения фокусного расстояния подвижного голографического отражателя.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является недостаточно эффективная коммуникация человека и интерфейсов систем промышленной автоматизации, что в свою очередь отражается на всем производственном процессе. Другой технической проблемой расширение арсенала технических средств - пользовательских носимых устройств для связи с промышленными объектами. В независимом пункте формулы представлено решение вышеуказанной проблемы, а именно пользовательское носимое устройство. Дополнительные варианты реализации настоящего изобретения представлены в зависимых пунктах изобретения.
Техническим результатом, достигающимся при решении вышеуказанной технической проблемы, является повышение информационной осведомленности персонала, посредством вывода информации на подвижный голографический отражатель, использования предупреждающих световых и/или звуковых сигналов, а также интеграции в системы сбора и анализа данных. Дополнительным техническим результатом является улучшение отображения информации, выводимой на пользовательское устройство с систем промышленной автоматизации. Дополнительным техническим результатом является реализация заявленным пользовательским носимым устройством своего назначения.
Заявленный результат достигается посредством пользовательского носимого устройства, выполненного с возможностью связи с промышленными системами автоматизации, состоящего из трех модулей, а также по меньшей мере одного дополнительного модуля,
причем первый модуль содержит электротехнические и электромеханические компоненты, а также первый модуль оснащен направляющими для установки второго модуля;
второй модуль является подвижным оптическим блоком и состоит из блока линз и промежуточного отражателя и выполнен с возможностью перемещения вдоль направляющих первого модуля для изменения фокусного расстояния блока линз,
третий модуль является подвижным голографическим отражателем и выполнен с возможностью подстройки под положение глаза человека;
причем все модули в совокупности образуют корпус, который выполнен с возможностью крепления на головной элемент и содержит поворотный кронштейн для изменения положения пользовательского устройства по вертикали и/или горизонтали;
причем на корпусе размешены по меньшей мере светодиодная подсветка,
модуль камеры, выполненный с возможностью фото/видео фиксации объектов вокруг пользователя для проведения телемоста с удаленным специалистом, регистрации действий пользователя, сканирования по меньшей мере одного QR-кода, содержащего информацию для настройки пользовательского носимого устройства и получения информации об устройствах систем промышленной автоматизации;
модуль системы позиционирования и модуль контроля ориентации в пространстве, которые при совместном использовании выполнены с возможностью отслеживания географических координат пользовательского носимого устройства, а также контроля ориентации и положения в пространстве, а также для контроля местоположения и состояния пользователя пользовательского носимого устройства.
Заявленный результат также достигается посредством варианта пользовательского носимого устройства, выполненного с возможностью связи с промышленными системами автоматизации, состоящего из следующих модулей:
первый модуль содержит электротехнические и электромеханические компоненты, а также первый модуль оснащен направляющими, для установки второго модуля;
второй модуль выполнен с возможностью перемещения вдоль направляющих первого модуля для изменения фокусного расстояния блока линз, причем второй модуль является подвижным оптическим блоком и состоит из блока линз и промежуточного отражателя;
третий модуль выполнен с возможностью подстройки под положение глаза человека, причем третий модуль является подвижным голографическим отражателем;
причем все модули в совокупности образуют корпус, выполненный с возможностью крепления на головной элемент и содержит поворотный кронштейн для изменения положения пользовательского носимого устройства по вертикали и горизонтали;
причем на корпусе дополнительно размешены по меньшей мере светодиодная подсветка,
модуль камеры, выполненный с возможностью фото/видео фиксации объектов вокруг пользователя для проведения телемоста с удаленным специалистом, регистрации действий пользователя, сканирования QR-кода, содержащего информацию для настройки пользовательского носимого устройства и получения информации об устройствах систем промышленной автоматизации;
модуль системы позиционирования и модуль контроля ориентации в пространстве, которые при совместном использовании выполнены с возможностью отслеживания географических координат пользовательского носимого устройства, а также для контроля местоположения и состояния пользователя пользовательского носимого устройства.
В частном варианте реализации предлагаемого решения, пользовательское носимое устройство выполнено в виде AR-гарнитуры.
В частном варианте реализации предлагаемого решения, модуль камеры пользовательского носимого устройства состоит из камеры высокого разрешения с микрофоном, включая световой индикатор записи.
В другом частном варианте реализации предлагаемого решения, пользовательское носимое устройство содержит дополнительный сетевой модуль GSM.
В другом частном варианте реализации предлагаемого решения, пользовательское носимое устройство содержит модуль дополнительного аккумулятора.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Реализация изобретения будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемыми чертежами, которые представлены для пояснения сути изобретения и никоим образом не ограничивают область изобретения. К заявке прилагаются следующие чертежи:
Фиг. 1 иллюстрирует пример выполнения пользовательского носимого устройства.
Фиг. 2 иллюстрирует пример 3D визуализации пользовательского носимого устройства.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять понимание особенностей настоящего изобретения.
Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.
Пример выполнения заявленного решения проиллюстрирован на ФИГ. 1 и представляет собой пользовательское носимое устройство, выполненное с возможностью связи с системами промышленной автоматизации и представляет собой модульный корпус, состоящий из трех модулей, которые соединены между собой механическим способом.
Стоит отметить, что внешний вид пользовательского устройства представлен в качестве примера.
Модульный корпус может быть выполнен из пластиковых или металлических элементов и является несущей конструкцией пользовательского носимого устройства. Модульный комплекс может быть также выполнен со степенью защиты IP68.
Корпус состоит из следующих модулей:
основной модуль (первый модуль) (101), который включает в себя все электротехнические и электромеханические компоненты, а также оснащен направляющими (103) для установки подвижного оптического блока;
подвижный оптический блок (второй модуль) (102), который состоит из блока линз и промежуточного отражателя, а также выполнен с возможностью перемещения вдоль направляющих основного модуля для изменения фокусного расстояния блока линз;
подвижный голографический отражатель (третий модуль) (103), выполненный с возможностью подстройки под положение глаза человека путем вращательного движения.
Основной модуль (101) включает в себя электротехнические компоненты, а именно, но не ограничиваясь:
1. Микроконтроллер или микрокомпьютер. Микроконтроллер или микрокомпьютер представляет собой главный вычислительный блок устройства, отвечающий за сбор, хранение и обработку входной информации, поступающей с систем промышленной автоматизации, следуя инструкциям внутренней программы управления, а также реализует выполнения опциональных и пользовательских подпрограмм и осуществляет управление дополнительными модулями носимого устройства, включая сбор, передачу и обработку данных.
2. Сетевой модуль, может представлять собой, например: Ethernet карту, WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль, NFC модуль, IrDa, RFID модуль, GSM модем и т.п. С помощью средств ввода данных обеспечивается организация обмена данными по проводному или беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), Интранет, Интернет, WLAN, WMAN или GSM. Сетевой модуль получает данные по вышеуказанным протоколам от систем промышленной автоматизации или иных устройств.
3. Основной оптический излучатель, выполненный в виде дисплея, который является устройством вывода информации, необходимых параметров и данных. Например, могут выводиться следующие параметры и данные: состояние оборудования, блоки ошибок, переменные управляющих программ, сервисная информация оборудования (диагностический буфер, заказные номера оборудования, информация о режимах работы), а также любые иные параметры и данные.
4. Блок памяти, необходимый для хранения управляющей программы микроконтроллера, а также для хранения общих данных и данных настроек.
5. Звуковой излучатель (106). Звуковой излучатель предназначен для оповещения пользователя о критической ситуации в системах промышленной автоматизации, а также о состоянии работы пользовательского носимого устройства и работы систем промышленной автоматизации.
6. Светодиодная подсветка (105). Светодиодная подсветка оповещает пользователя устройства об активации устройства, окончании работы устройства и критических ситуациях в системах промышленной автоматизации, состоянии работы системы промышленной автоматизации.
7. Разъемы представляют собой стандартные средства для подключения пользовательского носимого устройства к промышленным сетям автоматизации и/или любым другим сетям передачи данных, например: PROFINET, PROFIBUS, USB, RS232, RJ45, LPT, COM, HDMI, PS/2, Lightning, FireWire, шина обмена данными с дополнительными модулями пользовательского носимого устройства и т.п.
8. источник питания.
9. А также электромеханические компоненты, выполненные в виде кнопок и включателей (107).
Сетевой модуль, основной оптический излучатель, блок памяти, звуковой излучатель, светодиодная подсветка, разъемы, дополнительные компоненты, источник питания, кнопки и включатели подключены к микроконтроллеру.
Дополнительные компоненты и модули могут быть установлены на корпусе пользовательского носимого устройства и служат для настройки пользовательского носимого устройства к конкретным задачам и добавления новых функций, опций, например: адаптер SD-карты, увеличивает память хранения данных, получаемых от систем промышленной автоматизации; модуль дополнительного аккумулятора необходим для питания системы и повышения автономности пользовательского носимого устройства; модуль камеры, состоящий из камеры высокого разрешения с микрофоном, включая световой индикатор записи (сигнализирующий, что проводится аудио- и видеосъемка на пользовательское носимое устройство) для активации дополнительных опций и функций пользовательского носимого устройства; дополнительный сетевой модуль GSM для повышения качества сигнала и подключения к интернет соединению через сотовую связь; модуль дополнительной подсветки для освещения объектов перед пользователем; модуль системы позиционирования GPS/ГЛОНАСС для определения координат носимого пользовательского устройства; модуль контроля ориентации в пространстве, включающий в себя гироскопический датчик и акселерометр для определения положения головы пользователя в пространстве с целью предотвращения нахождения в состоянии сна во время работы с промышленным оборудованием или любым другим оборудованием, включая транспорт, а так же для контроля состояния состояний потери физической активности пользователя, например обморочное состояние. Все дополнительные компоненты могут быть подключены к микроконтроллеру/микрокомпьютеру пользовательского носимого устройства через шину передачи обмена данными с дополнительными модулями.
Подвижный оптический модуль (102) состоит из блока линз и промежуточного отражателя, а также выполненный с возможностью перемещения вдоль направляющих для изменения фокусного расстояния блока линз. Данный модуль выполняет функцию передачи и оптического преобразования изображения на подвижный голографический отражатель.
За счет перемещения вдоль направляющих (104) основного модуля (101) подвижный оптический модуль (102) позволяет изменять фокусное расстояние блока линз для лучшего проецирования изображения на подвижном голографическом отражателе.
Подвижный голографический отражатель (103) представляет собой функциональный оптический и корпусной элемент, который используется для отражения проецируемого на него изображения из основного оптического излучателя через промежуточный отражатель, и использует собственное вращательное движение для корректировки голографического изображения под положение глаза человека.
Пользовательское носимое устройство может крепиться к любому головному элементу, посредствам средств крепления, по меньшей мере, но не ограничиваясь, к каске, головному ободку, очкам. Кроме того, средство крепления содержит поворотный кронштейн, для изменения положения пользовательского устройства по вертикали и горизонтали.
На корпусе дополнительно установлена светодиодная подсветка (105), которая оповещает пользователя устройства об активации устройства, окончании работы устройства и критических ситуациях в системах промышленной автоматизации, состоянии работы системы промышленной автоматизации, а так же шина передачи данных с дополнительными модулями и необходимые крепежные элементы для закрепления пользовательского носимого устройства на головном элементе и установки дополнительных модулей, расширяющих функционал пользовательского носимого устройства.
Способ работы предлагаемого устройства.
Для осуществления настройки пользовательского носимого устройства его переводят в режим «НАСТРОЙКА», нажав соответствующую кнопку на пользовательском носимом устройстве, после чего пользовательское носимое устройство посредством сетевого модуля создает Wi-Fi точку доступа для дальнейшего подключения пользовательского носимого устройства пользователя. Дальнейшую настройку пользовательского носимого устройства осуществляют посредством ввода данных на встроенный в пользовательское носимое устройство web-сервер, а в частности: сетевые настройки пользовательского носимого устройства (имя Wi-Fi точки доступа и пароль точки доступа, IP-адрес, маска подсети, сетевой шлюз), выбор промышленного оборудования для подключения осуществляется через ввод сетевых и иных данных каждого конкретного устройства (имя Wi-Fi точки доступа и пароль точки доступа, IP-адреса устройства промышленной автоматизации), например: контроллер, панель оператора, частотный преобразователь, промышленный компьютер, программный контроллер, SCADA система, IoT устройство, с указанием блоков данных (диагностических, переменных и иных). Также вводятся интервальные триггеры вывода на экран пользовательских сообщений для критических значений переменных промышленных систем автоматизации или любых иных значений переменных систем промышленной автоматизации.
Для удобства создания пользовательского голографического интерфейса, который будет отображаться на подвижном голографическом отражателе (103), на встроенном web-сервере имеется редактор пользовательского голографического интерфейса.
После завершения процесса настройки устройства, все введенные данные сохраняются в блок памяти и пользовательское носимое устройство может осуществлять обмен данными с устройствами промышленной автоматизации, а также осуществлять работу дополнительных функций
Для активации и параметризации дополнительных функций пользовательского носимого устройства, необходимо перейти по соответствующей ссылке, отображаемой на web-сервере, и ввести следующие параметры:
для опций «Онлайн ассистирование», «QR-поддержка» - сетевые данные, необходимые для подключения к сети интернет;
для опции «Контроль персонала» и функции «Обратная связь» - сетевые параметры передачи данных и конечного звена системы сбора данных (например для локальной SCADA системы – сетевые адреса и переменные в блоках данных, куда должны сохраняться данные, отправленные с пользовательского носимого устройства, или для подключения к облачным систем сбора и анализа данных, требуется ввести параметры подключения к сети интернет, необходимые параметры для аутентификации и параметры для обмена данными).
Также для облегчения ввода параметров, предусматривается, что при подключении дополнительных модулей к пользовательскому носимому устройству, микроконтроллер или микрокомпьютер сам определяет, какие модули были подключены и выводит необходимые параметры для ввода пользовательских настроек на web-сервер.
При активации устройства без перевода в режим «НАСТРОЙКА», перед пользователем на подвижном голографическом отражателе отображается стартовое меню с выбором действий и опций. Например, при выборе опции мониторинга систем промышленной автоматизации осуществляется подключение к системе промышленной автоматизации с сохраненными настройками в блоке памяти.
Принцип обмена информации с устройствами промышленной автоматизации основывается на циклической отправке исходящего запроса от пользовательского носимого устройства к выбранному устройству из системы промышленной автоматизации и получения ответной телеграммы в виде переменных. После получения переменных данные сохраняются в буфер хранения переменных на пользовательском носимом устройстве и обрабатываются исходя из заданных правил обработки принятых переменных от устройств промышленной автоматизации в управляющей программе микроконтроллера или микрокомпьютера на пользовательском носимом устройстве.
После обработки принятых данных и их классификации, данные проходят адаптацию. После проведенной адаптации осуществляется отображение адаптированных данных на основном оптическом излучателе, который в свою очередь излучает изображение на промежуточный отражатель, который также в свою очередь отражает изображение на подвижный голографический отражатель (103) согласно созданным пользовательским интерфейсам и иным правилам, созданным в процессе настройки пользовательского носимого устройства (например, дополнительно используются звуковые оповещения и световая индикация).
Также осуществлена функция логирования данных, при использовании которой можно сохранять полученные данные с систем промышленной автоматизации на SD-карту для дальнейшего предиктивного и иного анализа состояния систем промышленной автоматизации.
При использовании опции «Онлайн ассистирование» на носимом пользовательском устройстве активируется дополнительный, подключаемый модуль камеры и пользовательское носимое устройство становится готовым для создания аудио/фото-видео телемоста через Интернет-соединение с удаленным специалистом, для удаленной консультации специалиста, который работает с устройствами промышленной автоматизации, при ошибках или выходе из строя устройств промышленной автоматизации. Использование телемоста позволяет использовать аудио- фото- видео- съемку при решении проблем с устройствами систем промышленной автоматизации на местах, без вызова специалиста на место, позволит сократить время на перенастройку и починку устройств систем промышленной автоматизации
При использовании опции «Регистрация действий персонала» на носимом пользовательском устройстве активируется дополнительный подключаемый модуль камеры и пользовательское носимое устройство становится готовым для регистрации действий, которые осуществляет пользователь.
При использовании опции «QR-параметризация» носимое пользовательское устройство переводится в режим «НАСТРОЙКА», активируется дополнительный подключаемый модуль камеры, и пользователь может сканировать данные, необходимые для настройки пользовательского носимого устройства через QR код.
При использовании опции «QR-поддержка» активируется дополнительный подключаемый модуль камеры, и пользователь может сканировать QR-код, размещенный на оборудовании промышленных систем автоматизации с целью получения необходимых данных об оборудовании из сети интернет, с последующим выводом информации на подвижный голографический отражатель.
При использовании опции «Контроль персонала» активируются дополнительные подключаемые модули системы позиционирования GPS/ГЛОНАСС и контроля ориентации в пространстве. Данные модули совместно производят отслеживание географических координат пользовательского носимого устройства и контроля ориентации и положения в пространстве Данная опция так же может быть применена для контроля местоположения и состояния персонала, а также в иных целях.
При использовании программной функции «Обратная связь» носимое пользовательское устройство может обмениваться данными, и, как любое другое устройство промышленной автоматизации, может быть интегрировано в действующие системы сбора и анализа данных, например, любые SCADA системы или любые облачные системы.
В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.
1. Пользовательское носимое устройство, выполненное с возможностью связи с промышленными системами автоматизации, включающее три модуля;
причем первый модуль содержит электротехнические и электромеханические компоненты, а также первый модуль оснащен направляющими для установки второго модуля;
второй модуль, выполненный с возможностью перемещения вдоль направляющих первого модуля для изменения фокусного расстояния блока линз, причем второй модуль является подвижным оптическим блоком и состоит из блока линз и промежуточного отражателя;
третий модуль, выполненный с возможностью подстройки под положение глаза человека, причем третий модуль является подвижным голографическим отражателем;
причем все модули в совокупности являются корпусом, а корпус выполнен с возможностью крепления на головной элемент и содержит поворотный кронштейн для изменения положения пользовательского носимого устройства по вертикали и/или горизонтали;
причем на корпусе дополнительно размешены, по меньшей мере, светодиодная подсветка,
модуль камеры, выполненный с возможностью фото/видео фиксации объектов вокруг пользователя для проведения телемоста с удаленным специалистом, регистрации действий пользователя, сканирования по меньшей мере одного QR- кода, содержащего информацию для настройки пользовательского носимого устройства и получения информации об устройствах систем промышленной автоматизации;
модуль системы позиционирования и модуль контроля ориентации в пространстве, которые при совместном использовании выполнены с возможностью отслеживания географических координат пользовательского носимого устройства, а также контроля ориентации и положения в пространстве пользовательского носимого устройства.
2. Пользовательское носимое устройство, выполненное с возможностью связи с промышленными системами автоматизации, состоящее из следующих модулей:
первый модуль содержит электротехнические и электромеханические компоненты, а также первый модуль оснащен направляющими для установки второго модуля;
второй модуль, выполненный с возможностью перемещения вдоль направляющих первого модуля для изменения фокусного расстояния блока линз, причем второй модуль является подвижным оптическим блоком и состоит из блока линз и промежуточного отражателя;
третий модуль, выполненный с возможностью подстройки под положение глаза человека, причем третий модуль является подвижным голографическим отражателем;
причем все модули в совокупности являются корпусом, а корпус выполнен с возможностью крепления на головной элемент и содержит поворотный кронштейн для изменения положения пользовательского носимого устройства по вертикали и горизонтали;
причем на корпусе дополнительно размешены, по меньшей мере, светодиодная подсветка,
модуль камеры, выполненный с возможностью фото/видео фиксации объектов вокруг пользователя для проведения телемоста с удаленным специалистом, регистрации действий пользователя, сканирования QR- кода, содержащего информацию для настройки пользовательского носимого устройства и получения информации об устройствах систем промышленной автоматизации;
модуль системы позиционирования и модуль контроля ориентации в пространстве, которые при совместном использовании выполнены с возможностью отслеживания географических координат пользовательского носимого устройства, а также контроля ориентации и положения в пространстве пользовательского носимого устройства.
3. Пользовательское носимое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что выполнено в виде AR-гарнитуры.
4. Пользовательское носимое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что модуль камеры состоит из камеры высокого разрешения с микрофоном, включая световой индикатор записи.
5. Пользовательское носимое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что дополнительно содержит дополнительный сетевой модуль GSM.
6. Пользовательское носимое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что дополнительно содержит модуль дополнительного аккумулятора.
