ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ПРИЕМАМ ПРЕДДОИЛЬНОГО МАССАЖА ВЫМЕНИ ЖИВОТНОГО Российский патент 1997 года по МПК A01J7/00 G09B9/00 G09B23/36 

Изобретение относится к обучающим устройствам, предназначенным для выработки прочных сенсомоторных навыков проведения массажа вымени животных при доении. Область применения может быть расширена при его использовании для оценки эффективности работы механических массажников.

Известны тренажеры для выработки профессиональных навыков подготовки вымени коровы (выполнения подготовительных операций) при машинном доении. Так, тренажер для обучения машинному доению [1] позволяет проконтролировать время, усилие воздействия руки оператора на вымя и температуру разогрева стенок вымени.

Тренажер [2] и его модификации позволяют лишь выработать отдельные навыки проведения массажа вымени с определенными параметрами. Однако они не учитывают возможные способы взаимодействия кисти руки оператора с рефлексогенными зонами вымени, что, в свою очередь, не позволяет рационально использовать физиологические индивидуальные особенности животного и сочетать их с биомеханическими характеристиками руки человека- оператора.

Тренажер [3] имеющий искусственное вымя, пульт, пульт управления, видеомагнитофон, телевизор, основание с приспособлением для установки вымени по высоте, можно использовать только для демонстрации различных форм вымени и обучения операторов-селекционеров по подбору коров для машинного доения.

Наиболее близко по своему функциональному назначению подходит комплексный тренажер для обучения машинному доению [4] содержащий программное устройство, блок сравнения, блок контроля управления, искусственное вымя, блоки контроля последовательности разборки, сборки, технического обслуживания доильного аппарата, блок информационного обеспечения и оценки. Он выбран за прототип.

Цель данного изобретения расширить функциональные и дидактические возможности тренажера за счет обучения операторов рациональным приемам подготовки к машинному доению коров с различными анатомо-морфологическими и физиологическими свойствами вымени.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом тренажере имитируются и количественно и качественно учтены ответные реакции организма животного на раздражения, наносимые рукой оператора на тактильные, термо, баро и механорецепторы, которые расположены на различной глубине в соответствующих (рефлексогенных) зонах четвертей (долей) и сосков искусственного вымени.

На фиг. 1 изображен общий вид тренажера.

Тренажер (фиг. 1) состоит из основания 1 на колесном ходу 2, тормозного устройства 3 с электромагнитами 4, опоры 5 с фиксаторами, искусственного вымени 6, панели управления 7, панели информации и контроля 8 с мнемосхемой 9, переключателями характера обучения 10 и выбора способа массажа 11, табло информации 12, емкости для жидкости 14 и газа 15, перетекающих по трубопроводам 16 и 17 в соответствующие отделы искусственного вымени 6.

Структурно-функциональная схема тренажера (фиг. 2) включает в искусственном вымени 6, выполненном из эластичного материала, датчики: 18 - контроля легкого прикосновения кисти руки оператора; 19 контроля вибрации фаланг пальцев; 20 контроля термических раздражителей (реагирующие на тепло), наносимых извне; 21 контроля барометрического давления внутри "альвеолярной" части вымени; 22 реакции на расположенные в глубине искусственного вымени более сильные механические воздействия.

Все датчики объединены в соответствующие функциональные группы и расположены в участках, подобных рефлексогенным зонам сосков вымени, и соединены электрическими связями с блоком сравнения и контроля 23 через блоки имитации ответной реакции организма животного на тактильные 24, вибрационные 25, термические 26, барометрические 27 и механические 28 раздражители.

Рефлексогенные зоны образованы лотеральнокожным , половобедренным , подвздошнопаховым и подвздошноподчревным нервами и имитируются вышеперечисленными группами датчиков 18, 19, 20, 21, 22 соответствующего функционального назначения. Имитация внутривыменного давления как реакции организма животного на массаж может производиться как путем изменения давления жидкости в колбочках 29 через электромагнитный вентиль 14 из емкости 13 по трубопроводу 17, так и посредством избыточного давления в подобных колбах 30 через вентиль 15 и трубопроводы 16 от постороннего источника.

Регулирование и контроль давления жидкости или газа в колбах 29, 30 производятся блоками имитации и контроля внутривыменного давления: жидкости 31, газа 32, соединенных соответственно с электромагнитными вентилями 14 и 15.

Программный блок 33 соединен с блоком сравнения 23, блоком выбора способа массажа 34, блоками 31, 32 и обеспечивает совместно с блоками 24, 25, 26, 27, 28 имитацию глубокого (интерорецептного) (I), легкого (II) и комплексного (III) массажа вымени. Блок выбора способа массажа 34 соединяется через трехпозиционный переключатель 11 и диодную матрицу 35 с функциональным блоком I, объединяющим блоки 26 и 28; блоком II, объединяющим блоки 24, 25, 26, или блоком III, включающим все блоки 24, 25, 26, 27, 28, т.е. соответственно объединяющим функциональные блоки I и II.

Переключатель характера обучения 10, блок выдачи осведомительной информации 36, блок контроля ошибок 37, панель информации и контроля 8 с мнемосхемой 9 и табло информации 12 позволяют осуществить подсказку обучаемому на начальном этапе подготовки или указать на допущенные ошибки в режиме контроля (переключатель характера обучения 10 показан в положении "Репетиция").

Питание всех блоков и элементов тренажера осуществляется от блока питания 38 или непосредственно по электрическим проводникам 39, или по проводникам 40 через соответствующие блоки управления и контроля.

На фиг. 3a показана структурно-функциональная схема блока имитации и контроля внутривыменного давления, состоящего из специального электромагнитного вентиля 14 или 15, включающего корпус 41 с входным 42 и выходным 43 патрубками, шток 44 с обрезиненным с двух сторон клапаном 45, корпус 46 дросселя с отверстием 47 и регулировочным винтом 48; электромагнита 49 с возвратной пружиной 50, реле времени PB₁51 с переменными сопротивлениями R_min, R_уст и блоком постоянных резисторов R₁.R_m, которые соединены электрическими связями с группами датчиков 18, 19, 20, 21, 22 (Д₁.Д), установленными в искусственном вымени 6 тренажера.

Причем, чем качественнее будут выполнены условия массажа, тем большее число датчиков будут находиться в разомкнутом состоянии и общее сопротивление блока резисторов R₁.R_m будет больше, соответственно будет больше R_общ и тогда больший объем газа или массы жидкости будет подан в колбы 30, 29, увеличивая тем самым внутривыменное давление (переменные сопротивления R_min и R_уст используются при настройке и корректировке блока).

При снятии напряжения с электромагнита клапан 45 под действием пружины 50 будет перемещен влево и плотно прижат к концу выходного патрубка, тем самым исключая доступ газа (жидкости) в корпус 41. При избыточном давлении в колбах 30, 29 газ (жидкость) из вымени через трубопроводы 16, 17 будет заполнять корпус и перетекать в открытую полость за клапаном, далее через зазор между регулировочным винтом 48 и корпусом дросселя 46 через отверстие 47 в атмосферу или в отдельную емкость (для жидкости). Изменением зазора в соединении винт 48 корпус 46 можно регулировать интенсивность прохождения газа или жидкости и тем самым темп (скорость, интенсивность) изменения давления в колбах 30, 29.

При прохождении предельного давления в колбах 29, 30 срабатывают соответствующие реле давления, размыкая свой нормальнозамкнутый контакт 52 РД в цепи управления питания катушки электромагнита и прекращая тем самым подачу газа (жидкости) в колбы 30, 29 искусственного вымени.

Предусмотренный включатель 53 B₁ служит для ручного управления внутривыменным давлением и используется в исключительных случаях при выходе из строя реле времени 51 PB₁.

Работает тренажер следующим образом. При помощи переключателя 10 выбирается характер обучения ("Репетиция", "Контроль"), а посредством переключателя 11 выбирается способ массажа в зависимости от функциональных свойств вымени (I, II, III).

При включении тренажера с панели управления 7 напряжение подается на блок питания 38 и одновременно на обмотки электромагнита 4 тормозного устройства 3, которое обеспечивает стопорение колесного хода 2 и, соответственно, надежную фиксацию основания 1 на рабочем месте обучаемого.

Посредством непосредственного контакта фалангов, пясти и запястья руки наносятся соответствующие раздражения в рефлексогенных зонах вымени 6. При достижении величиной раздражений значений, соответствующих физиологическим требованиям животного, срабатывают функциональные группы датчиков 18, 19, 20, 21 и подают дискретные сигналы в соответствующие блоки 24, 25, 26, 27, 28, откуда через матрицу 35, переключатель 11 в блок сравнения. Результирующее значение реального сигнала с блока 23 и опорного (эталонного) блока 33 через переключатель 10, блок 36 или через 37 поступает на панель информации и контроля 8, а затем выдается в легко доступной для усвоения форме на мнемосхеме 9 или информации 12.

По каналу обратной связи результирующий сигнал проходит с блока сравнения 23 на блок 33 и оттуда подается управляющий сигнал через блоки 31, 32 по проводникам 40 на электромагнитные вентили 14 или 15. Жидкость или газ по трубопроводам 17 или 16 заполняет соответствующие колбы 29 или 30. В силу того, что сечение каналов (трубопроводов) внутри вымени меньше, чем объем колб 29, 30, при заполнении их агентами эластичные оболочки начинают растягиваться, вымя становится упругим и обучаемый может дополнительно как зрительно, так и с помощью кенестатических анализаторов руки определить момент наступления рефлекса молокоотдачи.

В зависимости от числа одновременно сработанных датчиков 18.22 блоки 31 и 32 определяют продолжительность открытия вентилей 15, 14, тем самым наглядно демонстрируя полноту проявления рефлекса молокоотдачи у животного.

По истечении определенного промежутка времени, физиологически обоснованного продолжительностью действия окситоцина в крови (например, 4.6 мин), автоматически проходит команда на закрытие электромагнитных вентилей 14, 15, рефлекс молокоотдачи угасает и вымя принимает исходную (первоначальную) форму.

Подбирая размеры диаметров входного 42 и выходного 43 патрубков, изменяя давление P газа (жидкость), регулируя время t заполнения колб 30, 29 вымени 6 агентами, определяя положение регулировочного винта 48, можно имитировать характер молокоотдачи и продуктивность коров Q f(t) как на восходящем, так и на нисходящем участках кривой молокоотдачи (фиг. 3б).

В режиме "Репетиция" обучаемому оперативно выдается осведомительная информация. Так, с целью глубины изучения и понимания материала на мнемосхеме 9 высвечивается красочный слайд с указанием строения вымени 6, кровеносной системы, расположением нервов и рефлексогенных зон, а на табло информации 12 выдается подкрепляющая текстовая информация. В конструкции тренажера предусмотрен канал выдачи дополнительной звуковой информации (канал звукового сопровождения) о сущности механизма поступления и проявления рефлекса молокоотдачи у животных.

В режиме "Контроль" указываются допущенные ошибки с последующей выдачей подкрепляющей информации.

При использовании данного тренажера время обучения сокращается на 27.30% наиболее полно и качественно у обучаемых формируются сенсорно-моторные навыки выполнения различных по характеру способов стимуляции рефлекса молокоотдачи. При таком имитационном методе изучения сущности биологических вопросов значительно повышается качество обучения.

Предлагаемый тренажер может быть использован при оценке физиологической пригодности вновь разрабатываемых или уже существующих механических массажников вымени и эргономических исследований труда машинного доения коров.

Источники информации
1. А.с. СССР N918961, кл. G09B 9/00, 1982.

2. Тренажер для выработки профессиональных навыков и проведения подготовительных операций при машинном доении коров. Инф. листок N 302-77. Оренбургский ЦНТИ, 1977.

3. А.с. СССР N1257691, кл. G09B 9/00, 1986.

4. А.с. СССР N1511758, кл. G09B 9/00, A01J 7/00, 1989.

Использование: сельское хозяйство и педагогика для подготовки сельскохозяйственных рабочих массовых профессий в животноводстве, в частности операторов и мастеров машинного доения коров. Сущность изобретения: в тренажере количественно и качественно учтены и имитируются ответные реакции организма животного на раздражения, наносимые рукой оператора на тактильные, баро, термо и механорецепторы, которые расположены на различной глубине и в соответствующих рефлексогенных зонах четвертей (долей) и сосков муляжа вымени 6. Эти раздражающие воздействия оцениваются по выходным сигналам датчиков контроля 18, 19, 20, 21, 22, расположенных в указанных зонах и связанных с блоком сравнения и контроля 23 соответственно через блоки имитации ответной реакции организма животного на тактильные 24, вибрационные 25, термические 26, барометрические 27 и механические 28 раздражители. В тренажере предусмотрен программный блок 33, соединенный с блоком выбора способа массажа 34. Переключатель характера обучения 10, блок выдачи осведомительной информации 36, блок контроля ошибок 37, панель информации и контроля 8 с мнемосхемой 9 и табло информации 12 позволяют осуществлять подсказку обучаемому на начальном этапе подготовки или указать на допущенные ошибки в режиме контроля. Предлагаемое изобретение обеспечивает расширение функциональных и дидактических возможностей тренажера при обучении операторов рациональным приемам подготовки к машинному доению коров с различными анатомо-морфологическими и физиологическими свойствами вымени. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Тренажер для обучения приемам преддоильного массажа вымени животного, содержащий систему имитации, включающую блок подачи рабочей среды и муляж вымени животного, установленный на стенде, систему контроля и управления, включающую устройство обработки сигналов, первые три входа которого подключены к выходам датчиков температурного и механического раздражающего воздействия, последние из которых размещены в поверхностной и глубинной зонах муляжа вымени животного, и систему индикации результатов обучения, включающую расположенную на стенде информационную панель с табло оценок и мнемосхемой муляжа вымени животного, соединенными с информационными выходами устройства обработки сигналов, отличающийся тем, что блок подачи рабочей среды снабжен установленным на его выходе узлом формирования потока, входы управления которого подключены к управляющему выходу устройства обработки сигналов, а в полости муляжа вымени животного размещены камеры моделирования альвеол и молочных цистерн, сообщенные с технологическим выходом узла формирования потока, при этом стенд системы имитации снабжен приводом его перемещения в горизонтальной плоскости с узлом электромагнитного торможения и механизмом перемещения муляжа вымени животного в вертикальной плоскости с его фиксаторами в требуемом положении, при этом в систему контроля и управления введены датчики вибрационного раздражающего воздействия и давления внутри муляжа вымени, расположенные соответственно в поверхностной зоне муляжа вымени животного и на внешней поверхности камер моделирования альвеол и молочных цистерн и подключенные к четвертому и пятому входам устройства обработки сигналов. 2. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что устройство обработки сигналов включает блок питания, выходы которого подключены к входам питания всех блоков устройства, программный блок, переключатели выбора способа массажа и характера обучения, диодную матрицу, блок сравнения и контроля, блок выдачи обучающей информации, блок контроля ошибок, блок выбора способа массажа, блоки имитации и контроля давления внутри муляжа вымени животного и блоки имитации ответной реакции организма животного на температурное, поверхностное и глубинное механическое и вибрационное раздражающие воздействия и давление внутри муляжа вымени, первые входы которых являются соответствующими входами упомянутого устройства, вторые входы через последовательно соединенные диодную матрицу и переключатель выбора способа массажа связаны с первым выходом блока выбора способа массажа, а выходы объединены между собой и подключены к первому входу блока сравнения и контроля, первые вход и выход которого соединены соответственно с первыми выходом и входом программного блока, а второй выход связан через переключатель характера обучения с информационными входами блоков выдачи обучающей информации и контроля ошибок, выходы которых служат информационными выходами устройства обработки сигналов, при этом второй и третий выходы программного блока подключены к входам блоков имитации и контроля давления внутри муляжа вымени животного, выходы которых являются управляющими выходами указанного устройства, причем первый выход блока выбора способа массажа связан с вторым входом программного блока. 3. Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что узел формирования потока включает вентили с дроссельными регуляторами и электромагнитными приводами, входы управления которых являются входами управления упомянутого узла.