Интеллектуальный контроллер состояния оператора эргатической системы в условиях воздействия вибраций
Владельцы патента RU 2751275:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук" (RU)
Изобретение относится к области психофизиологии труда, медицины труда, эргатических систем и эргономики и может применяться для информирования оператора эргатической системы о текущем психофизиологическом состоянии, динамике его изменения с возможностью учета прогностической оценки состояния оператора в контуре управления эргатической системы. Интеллектуальный контроллер состояния оператора в условиях воздействия вибраций содержит корпус с закрепленными внутри него микрокомпьютером, накопителем с энергонезависимой памятью, аккумулятором и блоком приема информации. В верхнюю грань корпуса встроены соединенные с микрокомпьютером датчик вибраций, датчики температуры и влажности воздуха, индикатор исправности и соединенная с аккумулятором солнечная батарея. Встраиваемые в экипировку оператора датчики частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов человека выполнены с возможностью передачи информации в блок приема информации. Микрокомпьютер выдает информацию в систему автоматического управления эргатической системы, адаптивно управляет частотой опроса датчиков и рассчитывает оценку резервного времени сохранения работоспособности оператора по величинам вибраций, температуры и влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела, влажности кожных покровов оператора. Достигается сокращение времени мониторинга в условиях воздействия вибраций, обусловленных функционированием мощных компонентов эргатической системы таких как, например, двигатель, силовая установка, за счет объединения в одном устройстве всех датчиков информации о состоянии оператора с возможностью получения и обработки информации в реальном времени по сравнению с применением для решения задачи набора отдельных датчиков о состоянии оператора.
Изобретение относится к области психофизиологии труда, медицины труда, эргатических систем и эргономики и может применяться для информирования оператора эргатической системы о текущем психофизиологическом состоянии, динамике его изменения в реальном времени с возможностью учета оценки текущей и прогностической оценки состояния оператора в контуре управления эргатической системы.
Из уровня техники известен монитор психофизиологического состояния человека (патент на полезную модель RU №183786), состоящий из корпуса, выполненного в виде пылевлагозащитного противоударного прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, внутри которого закреплены микрокомпьютер, накопитель с энергонезависимой памятью и блок приема информации, на одной из боковых внешних граней корпуса вмонтирован USB-порт, на верхней грани вмонтировано цифровое табло и три двухрежимных индикатора, на нижней грани вмонтировано крепление в виде липучки, причем накопитель с энергонезависимой памятью, блок приема информации, USB-порт, цифровое табло и двухрежимные индикаторы соединены проводами с микрокомпьютером. Недостатком этого технического решения является отсутствие возможности мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности в условиях воздействия физических факторов условий деятельности без использования внешних устройств (датчиков) интенсивности физических факторов, воздействующих на оператора, и показателей активности ряда ключевых функциональных систем его организма, что обусловливает увеличение времени мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности.
Технической задачей полезной модели является развитие арсенала средств мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности в рамках поиска способов эффективного ответа общества на большие вызовы с учетом взаимодействия человека и природы, человека и технологий.
Решение технической задачи достигается тем, что интеллектуальный контроллер состояния оператора эргатической системы в условиях воздействия вибраций состоит из:
1) корпуса, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, внутри которого закреплены микрокомпьютер, накопитель с энергонезависимой памятью, аккумулятор и блок приема информации;
в одну из внешних боковых граней корпуса заподлицо с ее поверхностью вмонтированы USB-порт и разъем, обеспечивающий сопряжение с системой автоматического управления эргатической системой и с параметрическим регистратором информации о ее функционировании;
в смежную с ней внешнюю боковую грань корпуса вмонтировано цифровое табло, динамик и трехрежимный световой индикатор;
накопитель с энергонезависимой памятью, блок приема информации, USB-порт, цифровое табло и трехрежимный световой индикатор соединены проводами с микрокомпьютером;
блок приема информации, USB-порт, цифровое табло, динамик, трехрежимный световой индикатор и микрокомпьютер соединены проводами с аккумулятором;
внешняя боковая грань корпуса, противоположная грани с цифровым табло, выполнена из материала с магнитными свойствами и оборудована креплением, встроенным заподлицо с поверхностью грани;
2) датчиков частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов человека, встраиваемых в экипировку оператора эргатической системы, соединенных с микрокомпьютером, встроенным в экипировку, к которому с возможностью двунаправленного обмена информацией подключен встроенный в эту экипировку блок передачи информации в блок приема информации, имеющийся в корпусе;
причем корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении;
в верхнюю грань корпуса заподлицо ее внешней поверхности встроены датчик вибраций, датчик температуры воздуха, датчик влажности воздуха и индикатор исправности, соединенные с микрокомпьютером, и солнечная батарея, соединенная с аккумулятором;
а микрокомпьютер выполнен с возможностями:
выдачи информации в систему автоматического управления эргатической системы в параметрический регистратор информации о ее функционировании,
адаптивного управления частотой опроса датчиков, встроенных в экипировку оператора эргатической системы,
и расчета оценки резервного времени сохранения работоспособности оператором эргатической системы по величинам вибраций, температуры воздуха, влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов оператора.
Технический результат, достигаемый заявленной совокупностью признаков, заключается в сокращении времени мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности в условиях воздействия вибраций, обусловленных функционированием мощных компонентов эргатической системы (двигатель, силовая установка и т.п.).
Составные части заявляемого изобретения известны из уровня техники.
С помощью кабеля компоненты в корпусе контроллера соединены по топологии «активная звезда», центром которой является микрокомпьютер, имеющийся в корпусе.
Перед началом применения заявляемого контроллера:
1) его закрепляют на рабочем месте оператора эргатической системы с помощью крепления и/или магнитной боковой грани корпуса так, чтобы табло и трехрежимный индикатор были видны оператору эргатической системы - пользователю контроллера;
2) в экипировку оператора эргатической системы - пользователя контроллера встраивают датчики показателей психофизиологического состояния, необходимые для расчета интегрального показателя психофизиологического состояния (датчики частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов), подключенные к встроенному в эту экипировку микрокомпьютеру, к которому с возможностью двунаправленного обмена информацией подключен встроенный в эту экипировку блок передачи информации в блок приема информации, имеющийся в корпусе, без создания помех выполнению деятельности оператором эргатической системы (дискретность передачи информации в процессе профессиональной деятельности определяется микрокомпьютером, имеющимся в корпусе).
Микрокомпьютер, находящийся в корпусе:
по заранее заданным алгоритмам (формулам) рассчитывает оценку резервного времени сохранения работоспособности оператором эргатической системы по величинам вибраций, температуры воздуха, влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов оператора;
выдает сигнал, определяющий режим свечения трехрежимного светового индикатора, записывает информацию в накопитель с энергонезависимой памятью и через разъем сопряжения передает ее в систему автоматического управления эргатической системой и в параметрический регистратор информации о ее функционировании;
генерирует речевую информацию, которую предъявляют оператору через динамик.
Индикатор исправности, соединенный с микрокомпьютером, показывает исправное (свечение зеленым) и неисправное (свечение красным) состояние контроллера.
Солнечная батарея, соединенная с аккумулятором, обеспечивает его подзарядку. Подзарядка аккумулятора также может осуществляться через USB-разъем.
Информация на табло и текущее свечение индикатора обновляются по команде микрокомпьютера, находящегося в корпусе.
Применяя заявляемый контроллер, оператор обеспечивается информацией о текущем психофизиологическом состоянии. Динамика изменения психофизиологического состояния сохраняется в накопителе с энергонезависимой памятью (может быть использована при необходимости анализа динамики интегрального показателя психофизиологического состояния), передается в систему автоматического управления эргатической системой (для возможного учета в законах управления ее функционированием) и в параметрический регистратор информации о ее функционировании (для документирования с возможностью анализа совместно с другой информацией о функционировании эргатической системы).
Корпус контроллера выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении, что обеспечивает его применимость для контроля состояния оператора любых эргатических систем.
За счет объединения в одном устройстве всех датчиков информации о состоянии оператора эргатической системы с возможностью получения и обработки информации в реальном времени обеспечивается достижение заявленного технического результата: достигается сокращение времени мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности по сравнению с применением для решения задачи набора отдельных датчиков информации о состоянии оператора эргатической системы.
Таким образом, цель применения заявляемого изобретения достигнута.
Описанные элементы заявляемого контроллера функционально взаимосвязаны, а совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники - то есть заявляемый контроллер представляет собой новое техническое решение.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации (НШ-2553.2020.8).
Интеллектуальный контроллер состояния оператора эргатической системы в условиях воздействия вибраций, состоящий из:
1) корпуса, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, внутри которого закреплены микрокомпьютер, накопитель с энергонезависимой памятью, аккумулятор и блок приема информации;
в одну из внешних боковых граней корпуса заподлицо с ее поверхностью вмонтированы USB-порт и разъем, обеспечивающий сопряжение с системой автоматического управления эргатической системой и с параметрическим регистратором информации о ее функционировании;
в смежную с ней внешнюю боковую грань корпуса вмонтировано цифровое табло, динамик и трехрежимный световой индикатор;
накопитель с энергонезависимой памятью, блок приема информации, USB-порт, цифровое табло и трехрежимный световой индикатор соединены проводами с микрокомпьютером;
блок приема информации, USB-порт, цифровое табло, динамик, трехрежимный световой индикатор и микрокомпьютер соединены проводами с аккумулятором;
внешняя боковая грань корпуса, противоположная грани с цифровым табло, выполнена из материала с магнитными свойствами и оборудована креплением, встроенным заподлицо с поверхностью грани;
2) датчиков частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов человека, встраиваемых в экипировку оператора эргатической системы, соединенных с микрокомпьютером, встроенным в экипировку, к которому с возможностью двунаправленного обмена информацией подключен встроенный в эту экипировку блок передачи информации в блок приема информации, имеющийся в корпусе;
причем корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении;
в верхнюю грань корпуса заподлицо ее внешней поверхности встроены датчик вибраций, датчик температуры воздуха, датчик влажности воздуха и индикатор исправности, соединенные с микрокомпьютером, и солнечная батарея, соединенная с аккумулятором;
а микрокомпьютер выполнен с возможностями:
выдачи информации в систему автоматического управления эргатической системы в параметрический регистратор информации о ее функционировании,
адаптивного управления частотой опроса датчиков, встроенных в экипировку оператора эргатической системы,
и расчета оценки резервного времени сохранения работоспособности оператором эргатической системы по величинам вибраций, температуры воздуха, влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов оператора.
