Составное носимое устройство электросвязи

Составное носимое устройство электросвязи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройствам электросвязи, более конкретно, к носимым на теле электронным устройствам.

Уровень техники

В последнее время растет популярность носимых электронных устройств, в частности, очков, совмещенных с одним или двумя дисплеями, размещенными перед глазами пользователя. При всей перспективности подобных устройств, они имеют ряд недостатков, связанных с громоздкостью аппаратной базы, обеспечивающей работу дисплея. При размещении всей аппаратной базы на очковой оправе невозможно обеспечить достаточную энергоемкость, особенно используя два дисплея, но даже при использовании одного дисплея, оправа все равно остается громоздкой, неудобной для ношения, искажающей внешний вид пользователя. При размещении аппаратной базы не на очковой оправе необходимо предусмотреть наличие провода, связывающего две части электронного устройства. Провод, свисающий с головы пользователя, склонен к запутыванию, ограничивает свободу поворота головы, ухудшает внешний вид, а при наличии неконтролируемых допусков в длине для обеспечения поворотов головы в разные стороны увеличивается вероятность зацепления провода за окружающие предметы.

Существуют различные типы носимых на теле электронных устройств, встречающихся на рынке или описанных в патентной литературе, которые можно объединить по общему признаку наличие двух составных частей, каждая из которых носится на отдельных частях тела, где первая, исполнительная часть устройства в виде дисплея или наушника расположена на голове пользователя, а вторая часть устройства носится на шее и плечах, служа аппаратной базой для первой части; обе части соединены между собой сигнальными и силовыми проводами. Таким образом, если аппаратная база очковой оправы с размещенным на ней дисплеем или гарнитурой с наушниками расположена не на голове пользователя, а соединена с приемником сигнала (наушниками или дисплеем) гибким сочленением, то оба типа этих устройств можно объединить по общему признаку решаемой технической задачи создание эффективного соединения для носимого на теле пользователя электронного устройства, состоящего из двух частей, при том, что размещаемая на голове пользователя первая часть содержит дисплей, и(или) наушники, а вторая часть устройства, носимая на шее и плечах, содержит аппаратную базу для первой части.

Любые из подобных соединений содержат подвижные и неподвижные составные части (относительно других частей устройства и относительно части тела, на котором они располагаются), при этом, уменьшение длины подвижной части проводов, расположение подвижных частей на плоскости и прилегание неподвижных частей проводов к поверхности тела и фиксирования этих неподвижных частей посредством натяжения, позволит обеспечить меньшее провисание проводов и, соответственно, уменьшит вероятность провода зацепиться, обеспечит возможность постоянного ношения устройства в нерабочем положении, при снятых очках, оснащенных дисплеем, что улучшит возможность сматывания проводов.

При этом, размещение аппаратной базы на шее и плечах пользователя дает гораздо большие аппаратные и энергетические возможности для обеспечения более длительной и качественной работы дисплея, а так же позволяет разместить два дисплея (по одному перед каждым глазом), что, при бинокулярности зрения, обеспечивает стереоскопический эффект, снижая риск косоглазия при использовании одного дисплея только для одного глаза.

Рассматривая предыдущий уровень техники, необходимо обратить внимание на все типы устройств, имеющие гибкое соединение носимой на голове исполнительной части (дисплей или наушники) с носимой не на голове аппаратной базой. К подобным устройствам относятся как очки с дисплеями, так и нашейные гарнитуры, плееры, телефоны, использующие проводное соединение с размещенными в ушах наушниками, тем более, что зачастую и дисплей, и наушники, в рабочем состоянии находящиеся на небольшом расстоянии друг от друга, могут быть закреплены на одной, носимой на голове очковой оправе.

Известно устройство в виде очков с одним дисплеем перед одним глазом носителя (US D660341 S опубликован 22.05.2012), где аппаратная база, включая источники питания, размещена на очковой оправе. Данное решение увеличивает вес очковой оправы, ухудшает внешний вид пользователя и ограничивает время работы устройства, так как затруднительно разместить на оправе очков достаточно необходимую элементную и энергетическую базу для работы устройства в течение достаточно длительного времени. Кроме того невозможность разместить достаточную элементную базу на очковой оправе ограничивает возможность использования двух дисплеев (по дисплею перед каждым глазом), что может привести к косоглазию и делает невозможным использование стереобазы бинокулярного зрения для формирования стереоскопического изображения.

Известно устройство (US 8038292 В2, дата публикации 18.10.2011), где кабель, соединяющий оптический элемент, размещенный перед глазами пользователя, с электронной и энергетической базой, свисает с задней поверхности латеральной очковой дужки. Свисающий с головы провод нарушает внешний вид, затрудняет повороты головы, склонен к запутыванию.

Известно электронное устройство Epson Moverio ВТ-200, представляющее собой очки с двумя дисплеями перед глазами. Недостатки схожи с недостатками предыдущего устройства, так как данное устройство также имеет один кабель, который свисает с фронтальной части очковой дужки.

В настоящем изобретении предусмотрено, что для дисплея, размещенного перед глазами пользователя на очковой оправе, используется аппаратная база, размещенная на устройстве, выполненном в виде колье, петли, открытой петли (полупетли), носимом на шее, плечах и груди пользователя. В отличии от других подобных устройств, сочленение между носимым на голове и носимом на шее устройстве выполнено таким образом, что количество свисающих проводов сведено к минимуму, они не цепляются за окружающие предметы, само сочленение расположено сзади на шее и не видно окружающим, ту часть носимого устройства, которая носится на теле пользователя, можно носить под одеждой, управлять всем устройством можно поверх одежды, без визуального контроля клавиш, размещенных на нашейной петле, при снятии с головы очковой оправы с размещенным на ней дисплеем, ее можно разъединить с носимой на груди частью устройства и использовать носимую на груди часть устройства с наушниками как гарнитуру в паре с мобильным телефоном, или же носимая на груди часть общего устройства может быть мобильным телефоном (смартофоном), так как остается возможность разговаривать и слушать через наушники всю необходимую аудиоинформацию и использовать размещенные на нашейной петле микрофоны для снятия речи носителя.

Известные в настоящее время стерео гарнитуры, выполненные по типу колье, ожерелья или нашейной петли, имеют, преимущественно, два типа соединения наушников с нашейной петлей: гарнитуры с двумя боковыми узлами, в которых провода от наушников соединены с нашейной петлей и при этом не соединены между собой, и гарнитуры с одним задним узлом, в котором провода наушников соединены между собой и с нашейной петлей в одном указанном узле.

Известна гарнитура (US 7416099 В2, дата публикации 26.08.2008), которая содержит наушники, соединенные проводами с поддерживающей структурой, в которой расположен приемопередатчик сигналов и которая соединена с ожерельем - нашейной петлей.

Указанная гарнитура имеет большую длину незакрепленных участков проводов, соединяющих наушники с нашейной петлей, поскольку дополнительная длина необходима при поворотах и движении головы пользователя относительно туловища. Гарнитура имеет два узла и длина подвижной части проводов в данной гарнитуру составляет более 19 см. Провода свободно висят в воздухе над поверхностью тела на протяжении всей длины проводов, поэтому возникает провисание проводов, из-за чего провода могут спутываться, цепляться за окружающие предметы. Кроме того, указанную гарнитуру затруднительно носить под одеждой, как в рабочем, так и в нерабочем состоянии, т.е. при снятых наушниках.

Также известно устройство для хранения наушников (US 7936895 В2, опубликован 03.05.2011), которое содержит ожерелье - аналог нашейной петли, два соединителя, расположенные на двух концах ожерелья, и стопорные элементы. При этом размеры соединителей меньше, чем размеры стопорных элементов и размеры наушников, что позволяет убирать наушники в нерабочем положении. Стопорные элементы фактически являются узлами соединения, и данное устройство относится к гарнитурам с двумя боковыми узлами. Данное устройство для хранения наушников имеет все недостатки, присущие предыдущему рассматриваемому устройству: провисание проводов, невозможность носить устройство под одеждой и управлять им поверх одежды.

Известен также вытяжной шнур в виде нашейной петли для носимого электронного устройства (US 7650007 В2, опубликован 19.01.2010), который включает два боковых узла соединения и обеспечивает возможность регулировки длины проводов наушников, но указанный вытяжной шнур не устраняет провисание проводов в рабочем положении.

Известно аудиоустройство по типу ожерелья (WO 2012/015257 А1, дата публикации 02.02.2012), в котором провода наушников образуют нашейную петлю, и, будучи прикрепленными своими концами к электрическому соединителю, расположенному на груди пользователя, пересекаются между собой посредством двойной втулки, находящейся в задней части ожерелья - нашейной петли, где втулка предназначена для регулирования длины нашейной петли и проводов наушников. В указанном устройстве длина проводов, соединяющих наушник с ожерельем - нашейной петлей, даже длиннее, чем у гарнитур в виде колье с двумя боковыми узлами, что способствует провисанию проводов, а особенности регулировки длин проводов в данной гарнитуре исключает возможность ее ношения под одеждой.

Таким образом, известные устройства, во-первых, имеют избыточные по длине незакрепленные участки проводов, соединяющих головную часть устройства или гарнитуры с нашейной петлей (гарнитуры с одним узлом имеют длину свободновисящих проводов примерно 19 см, а гарнитуры с двумя боковыми узлами - примерно 25 см), и, во-вторых, незакрепленные части проводов в известных устройствах недостаточно плотно прилегают к поверхности тела. Слабина проводов не может быть полностью выбрана без ограничения свободы движений головы пользователя. Поэтому, при использовании подобных устройств, провода либо провисают, запутываются и цепляются за окружающие предметы, либо ограничивают свободу движений.

Таким образом, до настоящего времени не создано устройство постоянного ношения с небольшой общей длиной свободновисящих проводов, близко прилегающих к телу, не ограничивающих движения головой. Создание подобного устройства могло бы повысить удобство использования, надежность фиксации на теле носителя, могло бы предотвратить выход из строя при зацеплении проводов за окружающие предметы.

В общем случае провисание провода зависит от следующих факторов:

длины подвижной части проводов между фиксированными точками/ во всех известных очках с дисплеями, использующих провод для соединения с носимой не на голове аппаратной базой, а так же во всех нашейных гарнитурах, где так же необходимо протянуть провод от нашейной петли к наушника, которые лежат в ушной раковине, это длина провода от наушника (или от очковой оправы, в случае очков с дисплеями) до нашейной петли, поэтому, чем меньше длина подвижной части проводов, тем меньше провисание;

натяжения провода;

степени прилегания провода к поверхности тела;

расположения проводов; провода, расположенные на плоскости, не провисают, в отличие от проводов, висящих в воздухе или расположенных над естественными впадинами на поверхности тела пользователя.

Действие вышеуказанных факторов на примере известных устройств и устройства согласно изобретению проиллюстрировано на чертежах и поясняется ниже.

Обоснование предложенного конструктивного выполнения носимого на теле электронного устройства, состоящего из двух составных частей:

- носимой на голове части, куда может входить дисплей и(или) наушники;

- носимой на шее, плечах и груди пользователя аппаратной базы;

и гибкого соединения между ними.

При ношении пользователем электронного устройства (фиг. 1), в котором носимая на теле пользователя часть выполнена в виде нашейной петли 1 или открытой петли (полупетли), узел соединения проводов, соединяющих носимую на голове часть электронного устройства с нашейной петлей 1 расположен на дорсальной поверхности шеи пользователя, в области седьмого шейного позвонка. Несколько ниже на теле человека располагается желобообразное углубление, лежащее между остистыми и поперечными отростками позвонков sulcus dorsalis, на уровне 2-3 грудных позвонков в межлопаточной области, где по месту прикрепления по медиальным краям обеих лопаток передней зубчатой мышцы musculis serratus anterior, а также большой и малой ромбовидных мышц musculae rhomboidei major et minor, в зависимости от телосложения и развития подкожно-жировой клетчатки образуется разной степени выраженности ямка размером около 4×5 см. В этой ямке может, например, располагаться механизм сматывания проводов и карман хранения субокципитального узла при снятой очковой оправе, не выступая над поверхностью тела и, таким образом, не доставляя неудобств пользователю.

От узла соединения проводов на нашейной петле провода проходят вверх к затылочной части головы по дорзальной поверхности шеи, по паравертебральному углублению sulcus costae vertebralis major, не достигая наружного затылочного бугра на уровне 1-2 шейных позвонков, где целесообразно расположить дополнительный узел соединения проводов - субокципитальный узел 11. Если от субокципитального узла провода направить V-образно в косом передне-верхнем направлении чуть выше или по линии роста волос, практически совпадающей с верхней затылочной линией черепа, через сосцевидные области regiones mastoideae шеи, выше сосцевидных отростков, через проекцию ligamentum auriculare superior, прикрепляющую верхнюю часть хряща ушной раковины к чешуйчатой части височной кости по верхнему отделу ушной раковины, с последующим соединением проводов с очковой оправой, то устойчивому положению субокципитального узла соединения проводов будет способствовать наличие фиксирующих анатомических образований в точке приведения сил, таких как наружный затылочный бугор и латеральные затылочные выступы, а плотное прилегание проводов на коже головы достигается благодаря натянутости их по дорсальной поверхности шеи и головы в местах проведения по типу подпруги за счет частичного крючкообразного перехлеста проводов через ligamentum auriculare с дополнительным фиксированием проводов на очковых латеральных дужках и(или) наушников внутри ушной раковины.

При таком способе крепления подвижны только провода на участке 9 между узлами 10 и 11, и только данный участок может иметь провисание для компенсации длины проводов, которая изменяется при повороте головы в горизонтальной плоскости, отклонении головы назад, качание из стороны в сторону, а так же при сочетании этих движений, то есть, при всех возможных вариантах, возникающих в замкнутых кинематических цепях шеи.

Провода 9 сравнительно плотно прилегают к коже головы и неподвижны относительно головы пользователя, их длина не меняется при всех вышеописанных движениях или их длина меняется столь незначительно, что этими изменениями можно пренебречь.

Плотность прилегания и неподвижность проводов 9 способствует так же сотовое соединительнотканное строение подкожно-жировой клетчатки затылочной области, малое смещение кожных покровов в этой зоне, наличие идущих в поперечном направлении на коже так называемых лангеровских линий, а так же прохождение провода по ложбине заушной впадины, крючкообразный их перехлест, крепление провода к дужке очков и(или) расположение наушников в наружном ухе.

С точки зрения биомеханики следует указать, что движения головы описываются исходя из замкнутых кинематических схем и экстраполяцию даже достаточно сложных комбинаций движений головы на созданные точки фиксации можно рассматривать только в одной описательной категории - удлинение-укорочение длины провода между дорсальным узлом соединения проводов на нашейной петле и субокципитальным узлом соединения проводов, который практически неподвижен относительно головы, располагаясь под наружным задним затылочным бугром.

Для построения замкнутой кинематической модели гарнитуру можно представить как состоящую из двух основных частей и их подвижного соединения (фиг. 1).

Первая часть, головная, неподвижна относительно головы пользователя и включает очковую оправу 3 с латеральными дужками или заменяющими дужки гибкими проводами, которые огибают ушную раковину сверху, и субокципитальный узел 11.

Вторая часть, неподвижная относительно тела пользователя, состоит из нашейной петли (или полупетли) 1 и узла соединения проводов, размещенного на нашейной петле (или полупетле) на дорсальной поверхности шеи - дорсального узла 10.

Положение узлов соединения проводов 10 - точка А (фиг. 2) и 11 - точка В (фиг. 2) выбрано, как показано на фиг. 1. В этом случае длина свободно висящего провода 9 на участке между узлами должна быть минимальна.

Для того чтобы определить длину участка АВ необходимо рассмотреть изменение расстояния между точками А и В при поворотах головы. В данном случае под расстоянием следует понимать длину геодезической линии, соединяющей точки А и В на поверхности шеи (фиг. 2б) Определим сначала удлинение провода при вращении головой в сторону. Максимальный угол поворота головы 90°. Определим расстояние АВ.

Для определения длины геодезической линии необходимо математически описать поверхность шеи и возможные движения головы и шеи. Поверхность шеи с достаточной точностью можно представить в виде цилиндра (фиг. 2а). Голова и шея могут совершать следующие движения: сгибание-наклон вперед, разгибание-наклон назад, отведение и приведение-наклоны влево и вправо, повороты влево-вправо. Большая подвижность шейного отдела позвоночника объясняется его расчлененностью: при высоте около 13 см он содержит 7 некрупных позвонков и 6 высоких межпозвоночных дисков. Между I шейным позвонком и затылочной костью, в атланто-окципитальном суставе, происходят приведение/отведение и сгибание/разгибание головы, а между I и II шейным позвонком - повороты головы вправо и влево. Совместная работа этих суставов обеспечивает движение головы вокруг трех осей. Таким образом, совместные движения головы и шеи совершаются по отношению к туловищу, а самостоятельные движения головы - по отношению к шее. Это происходит потому, что шейный отдел позвоночника обладает большой гибкостью, а между первым и вторым шейным позвонком могут происходить самостоятельные движения.

Рассмотрим поведение кинематической модели гарнитуры при поворотах головы в горизонтальной плоскости.

При повороте головы в горизонтальной плоскости происходит скручивание шеи в основном в области между первым и вторым позвонком. При этом, поскольку шейный отдел позвоночника располагается ближе к задней поверхности шеи, ось скручивания также близка к задней поверхности цилиндра. Так как скручивание осуществляется только в верхней части цилиндра вокруг нецентральной оси, поверхность цилиндра искажается. Искажение это наиболее сильно в области первого-второго шейного позвонка, где и располагается точка В. Основная же часть геодезической линии проходит ниже искажения, поэтому в расчете мы будем полагать поверхность цилиндрической. Важным вопросом является определение положения точки В при скручивании верхней части цилиндра на максимальный угол α=π/2. Поскольку уши расположены симметрично относительно оси скручивания т.е. оси позвоночника, а точка В закреплена натянутыми проводами также в симметричном положении, следует ожидать положение точки В при следующем центральном угле φ (фиг. 2б).

Высота точки В также не изменится при повороте из-за фиксации ее натянутыми проводами, концы которых соединены с очковой оправой.

Рассмотрим задачу о геодезической линии цилиндра с радиусом основания R и высотой h (фиг. 2б). Линия проходит через две диаметрально противоположные точки на разных основаниях.

Ее длина:

Поскольку кривая лежит на поверхности цилиндра, удобно использовать цилиндрические координаты, при этом dx²+dy²=R²dφ², где φ - полярный угол (фиг. 2б). В полярных координатах задача сводится к нахождению зависимости z(φ), при которой длина кривой минимальна или минимален функционал:

Из вариационного исчисления известно, что минимум достигается для кривой, удовлетворяющей уравнению Эйлера, в данном случае:

Отсюда следует, что z′(φ)=а, где а - постоянный коэффициент, тогда z(φ)=a×φ+b. Коэффициенты определяются через граничные точки A (R,0,0) - точка крепления нижнего зажима, и В (R,φ₀,h) при этом полярный угол φ=0 в точке А и равен φ₀ в точке В. Тогда коэффициенты имеют следующий вид a=h/φ₀, b=0. Тогда z(φ)=φ×h/φ₀.

А длина кривой равна значению функционала, т.е.:

Таким образом, изменение расстояния АВ или подвижность проводов ДБ составляет следующую величину:

где R - радиус цилиндра, φ₀ - угол поворота узла В, определенный относительно центральной оси цилиндра, h - высота узла. С учетом выражения 1 получаем выражение для подвижности проводов:

Рассмотрим теперь для сравнения изменение длины проводов при горизонтальном повороте головы в устройствах-аналогах. На фиг. 3а приведен один из примеров такого устройства. В данном случае провода зафиксированы зажимом в точке А и подвижной частью является весь провод от точки А до наушников или концов дужек, расположенных в точках С и D. Условно обозначим ее как устройство с одним узлом. Таким образом, подвижность проводов можно определить по разности расстояний от точки А и D при повороте головы на угол 90° в одну сторону и в другую сторону, поскольку если в одну сторону расстояние или длина геодезической линии увеличивается, то в другую уменьшается. Эти два расстояния можно определить на фиг. 3б, при этом минимальное расстояние есть длина линии АС, а максимальное расстояние соответствует линии AD. В результате подвижность проводов может быть найдена из выражения 5, полагая h=H и φ₀=π, и имеет вид:

Рассмотрим еще один вид устройства, который условно назовем устройством с двумя боковыми узлами (фиг. 4а). В этом случае будем считать, что провод при повороте все время проходит через точки у основания цилиндра, т.е. точки А и В-узлы соединения проводов. Тогда минимальное расстояние между точками А и С или В и D есть Н. А максимальное расстояние при повороте головы на 90° показано геодезическими линиями АС и BD (фиг. 4б). В результате подвижность проводов так же находится из выражения 5, полагая h=H и φ₀=π/2, и определяется следующим выражением:

Далее рассмотрим поведение кинематической модели при наклонах головы вперед-назад в вертикальной плоскости.

Наклоны головы осуществляются вращением головы вокруг оси, проходящей между первым шейным позвонком и затылочной костью. При этом наклон зачастую сопровождается наклоном всего шейного отдела позвоночника. Для устройства с двумя узлами наклон шеи незначительно влияет на расстояние АВ, а вот поворот головы оказывает значительное влияние, поскольку узел В расположен непосредственно на затылочной части. Таким образом, смещение узла В можно оценить, зная расстояние от В до оси поворота г и угол поворота α (фиг. 5а), как

Получим выражение для длины отрезка АВ при произвольном угле наклона α из треугольника АОВ получаем (фиг. 5б):

Расстояние до оси r можно определить через расстояние от задней поверхности шеи до центра шейного отдела позвоночника, т.е. R-D и разницу высот точки В и оси поворота головы h₀:

Из треугольника ΟΟ₁Α получаем следующее выражение:

Выражение для угла β можно получить из выражений 10, 11 и 12 подставив туда α=0, AB=h.

Таким образом, выражение для АВ имеет вид:

Необходимо отметить, что в случае наклона головы назад выражение 14 перестает быть верным, поскольку отсутствует натяжение кожи и мягких тканей дорсальной части шеи. В этом случае уместно оценивать расстояние ВВ₀, как разницу высот точек В и В₀.

В результате подвижность проводов вычисляется из выражения 14, подставляя α=α_m - максимальный угол наклона, и 15, подставляя α=-α_m:

Очевидно, что α_m не может превысить γ₀ в силу ограничения на деформацию шеи. Для оценки подвижности проводов можно положить α_m=γ₀, тогда с учетом выражения 14 получим:

В случае устройств с одним узлом или с двумя боковыми узлами поворот в вертикальной плоскости влияет на высоты точек С и D. Изменение последних Δh₀ можно определить, зная относительное расстояние го между осью CD и осью поворота, а также угловое положение этих осей α₀ (фиг. 6а):

В результате изменение расстояния или подвижность проводов для устройств с одним узлом можно получить из формулы 4, полагая вместо h величину Η-Δh₀ и φ=π/2. В этом случае угол α меняется от в пределах - α_m<α<α_m, а высота в пределах:

Случай устройства с двумя боковыми узлами рассмотрен на фиг. 6б. При этом подвижность проводов можно оценить через изменение высот точек С и D. Тогда из выражения 14 получаем подвижность проводов в следующем виде:

Как и в случае устройства с двумя узлами справедливы оценки α_m=γ₀=α₀. Тогда получим следующие оценки для подвижности проводов:

Также рассмотрим поведение кинематической модели при наклонах головы в вертикальной плоскости в бок.

При наклоне головы в бок движение головы можно представить как вращение верхней части цилиндра вокруг оси s, которая проходит, приблизительно через точку О пересечения осей t и с.

В случае устройства с двумя узлами такой поворот сопровождается смещением точки В, которое можно оценить через расстояние до оси поворота Ο₁Β₀ (фиг. 7а). Как видно из фиг. 7б: O₁B₀=h₀. Для определения длины АВ необходимо определить смещение точки В по горизонтали Δs и вертикали Δh, так как . В этом случае Δh=h₀(1-cosα) и Δs=h₀sinα. Тогда подвижность участка АВ при боковом наклоне головы изменится на максимальный угол α_m:

Рассмотрим теперь случай устройства с боковыми узлами. В этом случае изменение отрезков АС и BD можно учесть, рассмотрев смещение точек С и D по дугам окружностей из точек С₀ и D₀. Длину АС в случае наклона головы изображенного на фиг. 7б можно найти как:

Здесь R_s радиус вращения вокруг оси s, который можно найти из треугольника СОО₂, в котором ОО₂ можно найти, учитывая что высота точки О равна h+h₀ (фиг. 5б), тогда OO₂=H-h-h₀, a CO₂=R, отсюда получаем:

Для определения BD необходимо учитывать только изменение высоты точки D ΔH=R_ssinα, поскольку провод на этом участке не натянут:

Рассматривая максимальный угол отклонения α_m=45° можно получить следующее выражение для подвижности проводов:

Рассмотрим теперь случай устройства с одним узлом (фиг. 8). В этом случае расчет более сложный и требует отдельного рассмотрения для длины геодезической линии АС. В этой задаче поверхность шеи можно описать как поверхность наклонного цилиндра. Для этого необходимо найти угол наклона поверхности цилиндра β. Из треугольников ВСС₀ и ОСС₀ находим CC₀=2R_s sin(α/2);

Из треугольника ВСС₀ получаем:

так получаем:

Здесь

Таким образом,

Необходимо отметить, что учитывая зависимости ВС и β от угла α из уравнений 29, 30 можно ожидать немонотонную зависимость длины линии АС(α). На фиг. 9 эта зависимость представлена в случае параметров указанных в таблице 1. Видно, что АС достигает максимума AC_max=16,6 см при угле α₀=8,6°.

Теперь найдем длину AD поскольку эта линия описывает минимальную длину провода. В этом случае можно рассматривать, что высота цилиндра изменилась на ΔH=RS sinα, тогда используя выражение 27 получаем:

В результате подвижность проводов ΔS_s1 определяется как разница длин линий AC_max и AD при максимальном угле наклона α_m:

В таблице 1 проведено сравнение подвижности проводов электронных устройств, включающих нашейные гарнитуры разного типа. Как видно из таблицы, электронное устройство с двумя узлами, включающими субокципитальный узел, то есть, гарнитура, в которой два провода, соединяющее головную часть устройства с нашейной частью посредством дорсального узла соединения проводов в непосредственной близости друг от друга, и в которой провода имеют дополнительную точку фиксации между собой субокципитальный узел, провода имеют наименьшую изменяемость своей длины при поворотах головы по сравнению с устройствами-аналогами. Это преимущество распространяется на все виды движений головы. Удобное ношение электронного устройства определяется величиной максимально возможной подвижности проводов, соответственно, разницей между минимальной и максимально возможной длиной ненатянутого провода, возникающей при различных положениях головы. В случае электронного устройства с двумя узлами, включающими субокципитальный узел, максимальная длина определяется максимальным расстоянием между узлами АВ, то есть, это длина АВ, определяемая выражением 14. В случае устройства с одним узлом, максимальная длина провода достигается при повороте головы на 90°:

Для электронного устройства с двумя боковыми узлами получаем максимальную длину при наклоне головы в бок:

Численные оценки представлены в таблице 1, из которых следует, что устройство с двумя узлами, включающими субокципитальный узел, обладает минимальной длиной максимально вытянутого, но ненатянутого участка провода. Стоит также отметить, что оценки полученные для устройства с двумя боковыми узлами заведомо занижены, поскольку не учитываются провода, идущие от точек А и В к радиоприемнику-передатчику, и их учет существенно бы увеличил L_max2.

Таким образом, наличие двух оптимально расположенных узлов А и В способствует не только минимизации провисания проводов, но и организует натяжение проводов, отходящих от узла В к размещенной на голове части электронного устройства. Поскольку провода эти находятся на искривленной поверхности шеи, данное натяжение создает давление на кожу (фиг. 10). В результате этого давления возникает сила трения провода о кожу и сила давления субокципитального узла соединения проводов - узла В на мягкие ткани, а разность векторов этих сил приводит к фиксации проводов на коже головы и дополнительно закрепляет очковую оправу и\или наушники в ушной раковине. Таким образом, закрепляющее усилие сосредотачивается не только на латеральных очковых дужках, на ушных раковинах, а еще и равномерно распределено по всей длине провода. Узел В, т.е. субокципитальный узел соединения проводов, удерживается в стабильном положении вследствие равномерного распределения различных сил, возникающих в окципитальной области при данной геометрии расположения проводов и их взаимного сочленения, учитывающее анатомические особенности человека.

На фиг. 10 показана векторная диаграмма проекций сил, действующих на субокципитальный узел соединения проводов - узел В. Фиксация узла В осуществляется вследствие натяжения проводов. Тонкие стрелки указывают силы натяжения проводов, сумма которых создает давление на кожу. В результате узел В испытывает силу реакции кожи и окружающих тканей, обозначенную широкой стрелкой, которая стремиться сдвинуть узел вниз, а возникающие силы трения о провод, обозначенные широкой сплошной стрелкой, фиксируют положение узла В. В данной модели мы пренебрегли натяжением проводов ниже узла, поскольку длина его подобрана оптимальным образом и он не натянут, имеет избыточную длину не более 9,8 см для обеспечения подвижности проводов при движениях головы и шеи.

Полученные результаты сравнения подвижности проводов и максимальной длины проводов электронных устройств различной геометрии суммированы в Таблице 1.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание носимого электронного устройства, состоящего из двух частей, где одна часть при ношении фиксируется на голове пользователя (например, носимый дисплей), а вторая часть (например, аппаратная база для дисплея) размещена на шее, плечах и груди пользователя, и в которой каждый провод, соединяющий первую и вторую указанные части, содержит подвижную часть и неподвижную часть, при этом уменьшение длины подвижной части проводов, расположение подвижных частей на плоскости и прилегание неподвижных частей проводов к поверхности тела пользователя и фиксирование этих неподвижных частей посредством натяжения позволит обеспечить меньшее провисание проводов наушников и, соответственно, уменьшит вероятность провода зацепиться, позволяет разместить интерфейс для управления дисплеем и большую аппаратную базу для дисплея, обеспечит возможность пользоваться наушниками с носимой постоянно нашейной частью устройства даже при снятии очков с дисплеем, а так же обеспечит возможность сматывания задних проводов на носимом устройстве, не снимая его.

Поставленная задача решена путем создания составного носимого устройства электросвязи, содержащего нашейную петлю с размещенным на ней, по меньшей мере, одним электрическим соединителем, очковую оправу с размещенным на ней, по меньшей мере, одним электрическим соединителем и содержащую фронтальную планку очковой оправы с носовым упором в центре, служащим при ношении для опоры на переносицу пользователя и две латеральные заушные дужки, каждая из которых соединена одним из двух своих концов с одним из двух латеральных концов фронтальной планки, расположенных