Устройство для передачи вибротактильной информации Советский патент 1977 года по МПК G08C19/20 B25J3/04 

Изобретение относится к устройствам уиравления с обратной связью, точнее к копирующим манипуляторам, где обратная связь образована передачей чеповеку-оператору вибротактипьной информации через кожную поверхность руки. Иавесгны устройства для передачи опера информации о взаимодейсгБии захвата исполнительной руки манипулятора с объектами манипулирования, содержащие даф гчики,воспринимающие величину и направлен ние силы I действующей на захват, тоякате|ЛИ, расположенные на задающей руке и усиь литеяь сигналов. Такие устройства требуют визуалыюго контроля при Манипулироваиии и не обеспечивают высокой точности пере,дачи силовых параметров, действующих на захват. Известны также устройства для передади вифотактильной информации, содержащие .вибродатчики, размещенные на рукоятке ма шшупятора, моментные датчики, связанные с захватом манипулятора, блок регистрации силовых параметров, преобразователь аналог-кодОднако подобные устройства не обеспечивают необходимой точности передачи вибр:0тактильных сигналов из-за адапташш оператора к постоянно действующему разкражению, а также вследствие маскирующего эффекта, возникающего при одновременном во действии значительного числа вибротактильч ных сигналов на такие небольщие по площа ди участки ладони и кисти, где величины пространственных дифференциальных порого) могут оказаться мегшще, чем плотность раодоложения вибродатчиков. Целью изобретения является повышение точности устройства, позвопякхцего переда-i вать оператору через ограниченный участок поверхности кожи значительное число вибротактильных раздражений. Поставленная цель достигается тем, что устройство Содержит дещифраторы направлен ния и величины силы и блок временного разделения сигналов, вибродатчики соедине; через блок временного разделения сигналов с выходами преобразователя аналог-код, входы которого соединены через блок .рации с моментшдми датчиками,. входы дешифраторов направления и вепичиш 1 сипы соединены с блоком рвгистрааиИ| а выходы с блоком временного разделения сигналов. .На черте; -се приведена блок-схема устройства для передачи вибротактильной информации. Она содержит вибродатчики 1, размоденны на рукоятке 2 задающей руки манипуляторе ;моментные датчики 3, размещенные на захвате 4 исполнительной руки манипулятора, блок регистрации силовых параметров 5, преобразователь аналог7«од6, дешн({рат1 ры величины силы 7, дешифраторы направ.ления силы 8 и блок временного разделения сигналов 9. Рассмотрим работу устройства. Совместно с работой всего манипулятр ра. Оператор перемещает в прост(анстве задающую руку с помощью рукоятки 2. Эти движения передаются сервосистемами на исполнительную руку, которая повторяет Bdje двюкения задающей. В том случае, когда , на захват 4 исполнительной руки не действует внешняя сила, вибротактипьные раз1дражения отсутствуют. Допустим, что по-i явилась внешняя возмуздакяаая сила Т- , ; как показано на чертеже. Воздействие этой сипы на захват воспринимается соответству кидими мок ентными датчиками 3, далее сиг.налы регистрируются и усиливаются в бло-г ке регистрации силовых параметров 5. Аналоговые сигналы преобразовываются в час тотно-импульсный код в преобразователе © и поступают через блок временного разд ления 9 на вибродатчики 1 , Вследствие этого на выходах соответствующих ви одатчиков появляются механические колеба-. ,ния, частота следования которых пpoпopци ональна соответствующим составляющим 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 ,7) приложен вектор возмущающей и на дешифраторы величины силы 7, управляющей частотой О) переключештя работ;ающих вибродатчиков. Эта .частота зависит от величины возмущающей силы. Сигналы с выходом дешифраторов ве личины и направления силы поступают на : блок временного разделения сигналов 9, осуществляющий поочередноеподключение вибродатчиков рукоятки к выходам npeo6paf зователя аналог-код 6. Таким образом, устройство осуществля-j ет кодировку сигналов, поступающих на виб.родатчики, путем изменения временных инt .тервалов между включениями вибродатчиков а также посредством изменения частоты пе реключения и очередности подключения кеа дого 03 вибродатчиков к источнику сигналов. Это позволяет после непродолжительной тренировки оператора с оотносить вибротактильные сигналы определенной часто,ты и длительности с величиной определя мых параг/етров. На чертеже вектор, изображающий силу Достроен в системе координат, центр котоп ярых совпадает с точкой приложения силы. -Система коорпинат выбрана так, что ось X /совпадает с осью аахвата и, следовательно, с осью задающей рукоятки, а оси У , Z перпендикулярны к ней. Зная углы наклона of , и ;И g вектора силы к осям и его величину, можно полностью определить при-; ложенную силу-У . Рассмотрим несколько случаев восприятия оператором вибратактильной информациЪ, о ееличине и направлении вецтора внешней рилы, приложенной к захвату. Вариант 1. Работает только один вифa YTop (la) с частотой fa .Оператор на ос-( л-новании полученной информации определяетJ, (что -на захват действует внешняя сила, век тор которой перпендикулярен к грани рукоятки, на которой расположен вибродат ак, и направ лен к центру рукоятки. Величина вектора пропорциональна частоте вибротактильных |эаздражений: ( Вариант 2. Поочередно включаются и par ботают с частотами fa и fa, два вибро. датчика (1а) и (1а.), {неположенные на перпендикуляргалх гранях рукоятки. Оператор на основании воспринимаемых сигналов определяет, что на захват действует внеш-няя сила в плоскости OV (оС 90, О, р / О) .j, Направление вектора силы оценивается оп&.ратором по относительному соотношению |вибротактильяых частот fa и fa, , кото рые соответствуют углам, х и р , а ве;личина вектора определяется- как по абсоjjnoTHbiM значениям частот ot и foij , так и по оценке частоты Ц) переключения рабо тающих вибродатчиков. Таким образом, дляэтого случая оператор определяет, что: на захват действует внешняя сила в плоЬKocTaZO jвектор/ силы направлен под yrnoM/3 f(f(jj ) с оси V2, и под углом р сф(faJJK оси ; V (РЧ f а fа., к р 1/, . величина вектора силыТ д тар{Га,о(|а) Вариант 3. Поочередно включаются и работают два вибродатчика, расположенные н одной грани, например вибродатчики (la) if (IB). CtaepaTOp на основании полученных сигналов определяет, что на захват дейст ъует внешняя сила, вектор которой лежит в плоскости MZ() Определение напоавпения пействия вектопа в плсюкости направления действия вектора в плоскости XOZ заключается в определении углов Наклона оС и к осям X и Z . ЭтН углы задаются соответственно частотами 1вибродатчиковой(а) n(it. Величине приложенного вектора определяется как ч в предыдущем случае абсолютными значениями частот f о и f Ь и частотой (л) ое:реключения вябродатчиков 2 ((о(,)). Вариант 4 . Вектор силы, приложенный « захвату, имеет три составляющие, не pajpные нулю. Определение составляк«их в. плоскостях ХОТл ,XOV описывалоеж во втоipoM и третьей случаях. Направление соегавляющей вектора в плоскости ХОЧ1 задается углами ОС и ./ , которые кодируй ются соответствующими частотами а|И:Г 1. В связнее тем, что при данном направлении действия вектрра работают четыре внбродатчика, в устройстве србгаодается парная посЦ ледовательность предъявления сигнала. Налример, сначала работают вибродатчики (1а) и (1в) с частотами foi и f;g . и оператор определяет углы оС и , затем работают |вибоодатчики (1а). и (laj) с частотами fq, :И цдд и оператор определяет углы (Ь к и, наконец, работают датчики (1а ) и( ,и оператор определяет углы ос , р . Вклй чение каждой пары может осуществляться в любой последовательности, а величина вектора будет задаваться абсолютным соотношением частот каждой пары вибродатчиков. Зависимость приложенной силы вы.разится следукидим образом: Т; .fmax(Y ();Y,.(fa,fa,V,Y, «(fa,fi,)l о i арi «.,( -DJU Таким образом, в устройстве для пфедачи вибротактильной информации происхойит перекодирование силового воздействия на захват в вибротактильные раздражения, воспринимаемые по абсолютному соотношению частот раздражений вектора внешней сипы, что позволяет значительно повысить точность передачи вифотактильной информ ««и и при определенной тренировке оператора решать задачи манипулирования без зрительного контроля. Формула изобретения Устройство для передачи вибротактильЫой информации, содержащее вибродатчикк, размещенные на рукоятке манипулятора, мо Ментные датчики, связанные с манипулятором блок регистрации и преобразователь аналог-код ,отлич ающееся тем, JJTO, е целью повышения точности передачи вифотактильной информации, устройство со держит дешифраторы направления и величины си- 1ЛЫ и блок временного разделения сигналов, ви&родатчики соединены через блок временног(1 разделения сигналов с выходами преобразователя аналог-код, входа которого соеди-i нены через блок регистрации с моментнымй датчиками, входы дешифраторов направления и величины силы соединены с бпокок; регис грации, а выходы - с блоком временного рафделения сигналов.