Los conceptos básicos de los motores de puntero de la cabeza

Los punteros de la cabeza son dispositivos que pueden ser utilizados por individuos con control de mano o brazo limitado para interactuar con un teclado físico o una pantalla táctil de la computadora/tableta.

Hay dos partes principales en un puntero de cabeza: un sistema de montaje que se ajusta a la cabeza de un individuo y una varilla que está unida al soporte. La varilla puede estar hecha de plástico, madera o metal.

Posicionamiento angular

En un plano bidimensional, la posición angular se define como el ángulo que un cuerpo se encuentra con respecto a una línea de referencia. Este es un concepto importante en física y deportes, ya que describe cuánto ha cambiado una persona o un objeto su orientación. También se usa en los sistemas de navegación para medir la distancia entre dos puntos, como el punto de partida y el destino.

Al medir el desplazamiento angular, es importante considerar la dirección en la que el objeto se mueve, ya que esto determina el tamaño del ángulo. Para esto, es útil usar la regla de la derecha.

Este método implica rizar los dedos en la dirección en que desea que se vaya la velocidad angular, y dejar el pulgar recto a lo largo del eje z perpendicular al plano de rotación (el plano XY). A medida que el objeto gira, el ángulo entre la base de su dedo y la punta sube.

Usando este método, podemos definir la dirección de la velocidad angular para cada partícula en el sistema. Para hacer esto, necesitamos calcular el intervalo de tiempo entre cada medición y la siguiente. El intervalo de tiempo dependerá de qué tan rápido esté cambiando la velocidad angular y qué tan lejos se ha movido la partícula.

El ángulo total, el pH, que se midió durante la reacción de giro de la cabeza de un axolotl se determinó en términos de la distancia cubierta por el estímulo y la velocidad de la mesa giratoria durante la prueba. El ángulo total es una función lineal de la intensidad del estímulo y tiene un valor creciente con la velocidad de la mesa giratoria.

Para medir la reacción de giro de la cabeza durante las aceleraciones angulares de larga duración, se usó un motor de CC en combinación con una mesa giratoria. El animal estaba vendado y sus patas delanteras atadas a la mesa tensura. El animal se giró a velocidad constante durante 10 s para producir un pulso de aceleración angular.

Se registró un voltaje durante el movimiento de giro de la cabeza de Axolotl y la amplitud del voltaje del salón fue proporcional a la aceleración angular. La intensidad del voltaje del salón fue controlada por un potenciómetro.

Tiempo de movimiento

El tiempo de movimiento es la velocidad a la que un puntero se mueve hacia un objetivo. Puede verse afectado por dos factores: distancia al objetivo y el tamaño del objetivo. Cuanto más grande sea el objetivo, más corto es el tiempo de movimiento. Esto se basa en la ley de Fitts, que predice que el tiempo que lleva moverse rápidamente a un área objetivo es proporcional a la relación de distancia al objetivo y el ancho del objetivo.

Esta es la base de muchas pautas de interacción y ergonomía humana-computadora relacionadas con el tamaño del objetivo. Al moverse a un objetivo, el puntero primero se acelera hacia él y luego se desacelera para asegurarse de que no sobrepase y haga clic más allá del objetivo.

Al comparar las diferentes fuentes de comando, los movimientos del cursor forjado del mouse se caracterizaron por enfoques suaves y ligeramente curvos para el objetivo (Fig. 3G, H). Los movimientos del cursor de orientación de la cabeza, por otro lado, se caracterizaron por comandos constantes para el movimiento de ambos Xand y un enfoque más curvo pero aún suave para el objetivo (Fig. 3C).

Las medidas de rendimiento analizadas para los movimientos del cursor comandante del ratón incluyen tiempo de reacción, velocidad promedio, rendimiento y eficiencia de ruta. El tiempo de reacción y la velocidad promedio del ratón fueron estadísticamente mayores que los de la fuente de comando basada en EMG, mientras que el rendimiento del mouse fue significativamente mayor que el de la fuente de comando basada en la orientación o EMG.

El rendimiento también fue mayor para los objetivos ubicados en las diagonales con la fuente del comando del mouse que con la orientación de la cabeza o la fuente de comando EMG. Esto se debe en gran medida al hecho de que el tamaño objetivo en las diagonales es más grande que los otros dos.

Del mismo modo, la relación entre el tiempo de movimiento y el índice de dificultad fue más pronunciada para los movimientos mordidos del mouse. Esto se debe principalmente a que podrían mover el cursor más rápido sin limitarlo, mientras que las fuentes de comando basadas en la orientación de la cabeza y EMG tenían histogramas de velocidad más lentos a bajas velocidades. Sin embargo, incluso estas fuentes de comando tenían una relación estrecha con ID, lo que indica que eran más sensibles al tamaño del objetivo.

Banda muerta

Una banda muerta es un término utilizado para describir la región en la que la señal de control permanece estacionaria. La aplicación más famosa de este concepto es con unidades de velocidad variables. Por lo general, esto se traduce en una mayor eficiencia y un desgaste reducido en motores, rodamientos y otros componentes, reduciendo así el costo general de un proyecto.

Hay muchas maneras de hacer esto, pero una de las más elegantes es a través del uso de un sistema de control inteligente. Este sistema calcula el tiempo de respuesta correcto en función de los parámetros de entrada, como la velocidad, el par y la posición del motor. Luego determina el punto de ajuste más apropiado, asegurando así que la salida de la unidad siempre esté dentro de un rango seguro y óptimo.

Por último, la tarea más importante es garantizar que la salida del motor de control siempre esté en el estado de salud correcto, que se puede lograr a través de un programa bien pensado. En los términos más simples, esto significa que la unidad siempre debe estar atento a los cambios de entrada y que debe verificar constantemente si la salida de la unidad todavía está en el verde.

Usar un microcontrolador de alta calidad es una excelente manera de lograr esto, pero si el presupuesto no se extiende tan lejos, también puede optar por una unidad de control programable o un controlador independiente con la potencia cerebral adecuada detrás de él.

Tasa de error

Una forma de aumentar la precisión es hacer que los objetivos sean más grandes. La ley de Fitts dice que las tasas de error disminuyen con el tamaño del objetivo, lo que significa que le lleva menos tiempo hacer clic, tocar o pasar el paso en un objetivo más grande.

Otra forma de mejorar el rendimiento direccional es mediante el entrenamiento. Jagacinski [24] informó que los sujetos que practicaron una tarea de movimiento durante un período de semanas, como el uso de un joystick, mejoraron su rendimiento direccional hasta el punto en que alcanzaron una asíntota de rendimiento. Esto significa que pudieron mover su cursor a la posición objetivo sin sobrepasar o perder un paso.

Una tercera forma de reducir los errores es mediante el uso de un modelo de movimiento de dos componentes. Este modelo consiste en un primer componente que controla la velocidad del cursor. Este componente aumenta si el objetivo está más cerca, pero también disminuye a medida que el objetivo se aleja más.

El segundo componente del modelo determina la distancia entre el objetivo y el cursor. Este componente, si es lo suficientemente preciso, debería dar como resultado una baja tasa de error.

Sin embargo, este componente puede volverse demasiado lento si el objetivo está demasiado lejos. Esto se debe a que el cursor tarda más en viajar al objetivo, pero luego tiene que reducir la velocidad a medida que la distancia crece. Este proceso se llama un "límite de velocidad".

En este caso, la velocidad máxima del cursor se estableció para proporcionar suficiente velocidad para llegar a un objetivo distante y al mismo tiempo limitar el sobreimpulso. Esto no es ideal, pero debería ser suficiente para mantener los errores al mínimo.

Es por eso que es importante comprender cómo el tamaño del objetivo afecta el rendimiento del modelo de dos componentes. Esto se hace al observar la relación entre el índice de dificultad y el tiempo de movimiento para cada fuente de comando. Para los tres, MT aumentó esencialmente en proporción a ID, pero para las fuentes de orientación de la cabeza y comando EMG, esta relación fue más débil que con los movimientos del cursor con el mouse.

Estos resultados sugieren que el modelo de dos componentes es una buena opción para guiar a los usuarios de manera manos libres. Sin embargo, los estudios futuros deberían considerar los efectos de otras características, como opciones para dibujar líneas o colocar sellos en el puntero. Estas características pueden ser especialmente útiles para los aprendices que no están familiarizados con la aplicación de puntero o que necesitan usar múltiples punteros.