Устройство для передачи вибротактильной информации

Устройство для передачи вибротактильной информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИПДЬСТВУ

Союз Соеетекии

Социал мстическки

Реслублнк (11) 548975 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22).Заявлено 16,10.75(21) 2184563/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М, Кл. (д 08 С 19/20

В 25,7 3/04

Государставииый sower

Соеата Мииистроа СССР ао делам изооретвиий и открытий (43) Опубликовано25.01.77.Бюллетень № 3 (53) УДК 621.398. ,654,93 (088.8) (45) Дата опубликования описания 17.03.78 (72) Авторы изобретения

В.C. Гурфинкель, А.Ю. Шнейдер, Е.М, Канаев, В.Г. Остапчук и Е.В. Ефремов (71) Заявитель Институт проблем передачи информации АН СССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ВИБРОТАКТИЛЬНОЙ

ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к устройствам рирввления с обратной связью, точнее к донирующим манипуляторам, где обратная связь образована передачей человеку-оператору вибротактильной информации через кожную поверхность руки.

Известны устройства для перэдвчи оператору инФормации о взаимодействии захвата исполнительной руки манипулятора с

:объектами мвницулирования, содержащие даФчики твослринимающие величину и направле ние силы)действующей нв захват, толквте.,ли, расположенные на задающей руке и устилитель сигналов. Такие устройства требуют виэуатоьного контроля при манипулировании и не обеспечивают высокой точности пере,дачи силовых параметров, действующих на .захват, Известны также устройства для переда-. аи вибротвктильной информации, содержащие .вибродатчики, размещенные на рукоятке манипуттятора, моментные датчики, связанные с захватом манипулятора, блок регистрациИ силовых параметров, преобразователь аналог код

Однако подобные устройства не обеспе чивают необходимой точности передачи виб . рэтактильных сигналов из-эа адаптации опе ратора к постоянно действующему рвэ,ражению, в также вследствие маскирующего эффекта, возникающего при одновременном во,адействии значительного числа вибротактиль.-. ных сигналов на такие небольшие по площе ди участки ладони и кисти, где величины о пространственных дифференциальных порогов могут оказаться меньше, чем плотность раедоложения вибродатчиков.

Белью изобретения является повышение;

-точности устройства, позволяющего переда15 вать оператору через ограниченный участок поверхности кожи значительное число вибрц-. тактильных раэдрв» ений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит дешифраторы направле

20 ния и величины силы и блок временного разделения сигналов, вибродвтчики соединены через блок временного разделения сигналов с выходами преобразователя аналог-код, входы которого соединены через блок реги т25,рации с моментными датчиками,.входы дь543975 шифраторов направления и вепичийы сипы соединены с блоком регистрации, а выходы с блоком временного разделения сигналов, .На чертеже приведена блок-схема устройства дпя передачи вибротвктипьной информациии.

Она содержит вибродатчики 1, размещенные на рукоятке 2 задающей руки манипупяторв

,моментные датчики 3, размещенные на захвате 4 исполнительной руки манипулятора, бпок ре"истрации силовых параметров 5, преобразователь аналог код 6, дешифрато ры величины сипы 7, дешифраторы напрев ,пения сипы 8 и блок временного разделе ния сигналов 9, Рассмотрим работу устройства. °

Совместно с работой всего манипупятсн. рв, Оператор перемещает в пространстве задающую руку с помощью рукоятки 2, Зги движения передаются сервосистемами на исполнительную руку, которая повторяет вс е движения задающей. В том случае, когда нв захват 4 исполнительной руки не дей ствует внешняя сила, вибротактильные раэ дражения отсутствуют. Допустим, что по-; явилась внешняя возмущающая сила Р как показано на чертеже. Воздействие атой силы на захват воспринимается соответствующими моментными датчиками 3, далее сигналы регистрируются и усиливаются в бпо ке регистрации силовых параметров 5. Аналоговые сигналы преобразовываются B чвс тотно-импульсный код в преобразователе 6!. и поступают через блок временного раэ щ пения 9 на вибродвтчики 1, Вследствие этого нв выходах соответствующих вибродатчиков появпяются механические колеба-. .ния, частота следования которых пропорциональна соответствующим составлявшим возмущающей силы, Одновременно сигналы с выхода блока регистрации силовых параметров 5 поступают на дешифраторы направления силы 8, которые определяют, под каким углом к осям X, Y, K приложен вектор возмущающей:сипы и нв дешифраторы величины силы 7, управляющей частотой Сд . переключения работающих вибродатчиков. Эта ,частота зависит от вепичины возмущающей силы. Сигнапы с выходом дешифраторов ве- личины и направления силы поступают на блок временного разделения сигналов 9, осуществляющий поочередное: подключение вибродвтчиков рукоятки к выходам преобра эоватепя «анапогкод" 6.

Таким образом, устройство осуществпя- ет кодировку сигналов, поступающих на виб.родатчики, путем изменения временных ин-!

:..терввпов между включениями вибродатчиков, а также посредством изменения частоты пе + реключения и очередности подключения квж!;дого из вибродатчиков к источнику сигналов. Это поэвопяет после непродолжительной тренировки оператора соотносить вибротактипьные сигналы определенной часто-,ты и длительности с величиной опредепявмых парагетров.

На чертеже вектор, изображающий силу построен в системе координат, центр кото

10 рых совпадает с точкой приложения силы. Система координат выбрана твк, что ось Х .совпадает с осью захвата и, следовательно с ооссьью ю зэааддааюющщеей и ррууккоояяттккии, а оси У ! перпендикулярны к ней. Зная углы .наклона .

l6 оС, P,и $ вектора силы к осям и ега

"величину, можно полностью определить приложенную сину У

Рассмотрим несколько случаев восприятия оператором вибротвктипьной информации, о

20 величине и направлении вектора внешней

}сипы, приложенной к захвату.

Вариант 1. Работает только один вибрв тор (1а) с частотой fa . Оператор на ос- .-новании полученной информации определяет „, 25 !что на захват действует внешняя сипа, вектор которой перпендикупярен к гранирукоятки, на которой расположен вибродатчик, и направлен к центру.рукояткй. Величина вектора пропорциональна частоте вибротвктипьных

ЭО )раздражений: к = «о4

Вариант 2. Поочередно вкпючаются и рц ботвют с частотами fa и fa, . два вибрб85 датчика (1a} и (1а }, расположенные на пернендикупярных гранях рукоятки. Оператор на основании воспринимаемых сигналов определяет, что нв захват действует внешняя сиде в плоскости 09(or =90",ДФО, Р ФО) .40 Нанрввпение вектора силы оценивается опе,ратором по относитепьному соотношению ! вибротактипьных частот Eo. u f a кото рые соответствуют углам, х и p, a величина вектора определяется. квк по абсо45 )пютиым значениям частот f a u fa так

9 и по оценке частоты (d переключения рабо !! тающих вибродатчиков. Таким образом, дпяэтого случая оператор определяет, что: нв захват действует внешняя сила в ппс!с40 кости Z Î ; вектор. силы напрввпен под угпомp.g(fP,) с оси Е и под углом P g(fa )K оси

f(при а = еа ) =P = ф; величина вектора сипы7@ "-! (тор((о!,1а

Вариант 3. Поочередно вкпючаются и работают два вибродатчика, распопоженные на одной грани, например, .вибродатчики (1а} и (1в}. Оператор на основании полученных сигналов определяет, что на захват дейст, вует внешняя сила, вектор которой лежит в

543975

6 плоскости XOZ,(oC 4О)gag;p=9О . Определение направления действия вектора в плоскости

ХОЕ заключается в определении углов наклона Ос и g к осям Х и Е . Эти углы задаются соответственно частотами эибродатчиковса =g(fa) и = (1->). Величине приложенного вектора определяется как ч в предыдущем случае абсолютными значениями частот 10и f Ь и частотой () пе

:реключения вибродатчиковУ„ = Ч(яахфа, Ю®)4).

Вариант 4, Вектор силы, приложенный к захвату, имеет три составляющие, не раюнйе нулю. Определение составляющих в. плоскостях X О 7, Х 0 М описывалось во втором и третьер случаях. Направлейие составляющей вектора в плоскости ХОЮ задается углами сС и fh которые кодиру ются соответствующими частотами fO uX .

В связи с тем, что.при данном направлении действия вектора работают четыре вибродатчика, в устройстве срблюдается парная aodледовательность предъявления . сигнала. Например, сначала работают вибродатчики (1а) и (lв) с частотами fy и f,ö, и оператор определяет углы ос и Х, затем работают вибподатчики (lа) и (1а ) с частотами 1р 4 ,и и оператор определяет углы Р и и, наконец, работают датчики (lа ) и (1вД ,и оператор определяет углы а,, II3 . Вклйчение каждой пары может осуществляться в любой последовательности, а величина вектора будет задаваться абсолютным соотношением частот каждой пары вибродат» чиков. Зависимость приложенной силы вы,разится следующим образом:

Рс =(coax(Y >(fz ca);Y (fa,Га ); „„(а, Д

3 . Гаким образом, в устройстве для п редачи вибротактильной информации происходит перекодирование силового воздействия на захват в вибротактильные раздражения, воспринимаемые по абсолютному соотношению частот раздражений вектора внешней силы, что позволяет значительно повысить

® .точность передачи вибротактильной информпии и при опреде |енной тренировке оператора решать задачи манипулирования без

l зрительного контроля.

Формула изобретения

Устройство для передачи вибротактиль. ой информации, содержащее вибродатчики, gp размещенные на рукоятке манипулятора, мо Ментные датчики, связанные с манипулятором блок регистрации и преобразователь аналог-хоп, о т л и ч а ю щ е е с я те я, что, е целью повышения точности передачи рб вибротактильной информации, устройство содержит дешифраторы направления и величины си лы и блох speMeaaoro разделения сигналов, вибродатчики соединены через блок временного разделения сигналов с выходами преобразо » вателя .аналог-код, входы которЬго соед иены через бпок регистрации с моментными датчиками, входы дешифраторов направления и величины сиды соединены с блоком регистрации, а выходы - с блоком временного рафя5 деления сигналов.

543975

Составитель Г. Антонова

Редактор E. Скпяревская Техреа М, дещц кан Koppezrop С. Шекмар

Закаа, 757/65 р 778 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4