Устройство для моделирования виброзащиты оператора

 

(i и 864304

ОП И(=АНИИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союэ Советских

Социапистичесиих

Респубпии (61) Дополнительное к ввт. саид-ву— (22) Заявлено 24 ° 12. 79 (21) 28 7412/18-24 (5I jN. Кл.

6 06 6 7/48 с присоединением заявки J4 (ввударстмнный каи«твт

СССР (23) Приоритет нв двлаи «эобрвтвн«й

«открыт«й

Опубликовано 15.09.81. Бюллетень %34

Дата опубликования описания 17.09.81 (53) УДК 681.333 (088.8) (Z2) Авторы изобретения

И.Ю. Скучас и В.И. Скучене (Zl) Заявитель Каунасский политехнический институт им.Антанасв--Снечкуса i (54) УСТРОЙСГВО ДЛЯ МОДЕ;1ИРОВАНИЯ ВИБРОЗАЩИТЫ

ОПЕРАТОРА

Изобретение относится к автоматизации научных исследований и может быть применено для автоматизированного синтеза виброэащиты человекаоператора и оценки вибрации на его организм.

Известно устройство для моделирования виброэащиты человека-оператора. Оно позволяет провести синтез параметров всей системы виброзащиты

1О человека-оператора или ручных инстру" ментов посиле реакции руки от перемещения рукоятки, а также по ускорениям отдельных точек с измеряемыми состояниями в них (1 ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее два возбудителя колебаний, датчики перемещения, два блока моделирования вибраций и блок оптимизации f2 j.

Однако это устройство не позволяет произвести синтез виброэащитной системы по состояниям в точкахкоторые при моделировании непосредственно не могут быть измерены или для их измерения необходимы специ-. альные исследования. Такими точками являются все внутренние органы человека-оператора и места, к которым трудно прикрепить датчики.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности моделирования злциты внутренних-органов оператора.

Для достижения цели в устройство для моделирования виброзащиты оператора, содержащее два возбуди1еля колебаний, первый из которых механически связан с рукояткой, на которой расположен первый датчик перемещения, 1 а второй- с сиденьем, на котором расположен второй датчик перемещения, третий датчик перемещения, расположенный на плече человека-оператора, два блока моделирования вибраций, каждый из которых содержит генератор

64304

20 электрических колебаний, усилитель, узел дифференцирования, два умножителя и сумматор, причем выход генератора электрических колебаний соединен с первым входом усилителя, второй вход которого подключен к выходу соответствующего датчика перемещения„ а выход соединен со входом узла дифференцирования, связанный с первым входом первого умножителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход узла дифференцирования соединен с первым входом второго умножителя, выход которого соединен. са вторым входом сумматора, выход котоРого соединен со входом соответствующе- го возбудителя, колебаний,и блок оптимизации, содержащий двухлучевой индикатор, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика перемещений, и четыре задатчика напряжений, выходы которых соединены соответственно со вторыми входами умножителей блоков.моделирования вибрации, дополнительно. введены четыре блока памяти, четыре блока умножения, четыре сумматора, блок деления комплексных чисел, блок вычисления модуля, блок сравнения, источник постоянного напряжения ь два блока вычисления составляющих динамической жесткости, первый и второй входы каждого из которых подключены соответственно к выходам сумматора и генератора электрических колебаний соответствующего блока моделирования вибрации, первые выходы первого и второго блоков вычислений составляющих динамической жесткости соединены соответственно с объединенными первыми входами первого и третьего, и второго, и четвертого блоков умножения комплексных чисел, вторые входы которых аналогично подключены ко вторым выходам блоков вычисления составляющих динамической жесткости, первый и второй выходы блоков памяти соединены соответственно с третьими и четвертыми входами соответствующих блоков умножения комплексных чисел, выходы первого из которых соответственно соединены с первыми входами первого и второго сумматоров, выходы второго блока умножения комплексных чисел соответственно соединены со вторыми входами первого и второго сумматоров, выходы третьего блока умножения комллексньгх чисел соответственно соединены с первыми вхо5

4 дами третьего и четвертого сумматоров, а выходы четвертого блока умн6жения комплексных чисел соответственно соединены со вторыми входами третьего и четвертого сумматоров, выходы всех сумматоров соответственно соединены со входами блока деления комплексных чисел, выходы которого соответственно соединены со входами блока вычисления модуля, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход блока сравнения соединен со вторым входом двухлучевого индикатора блока оптимизации.

Блок умножения комплексных чисел содержит четыре умножителя и два сумматора, причем объединенные первые входы первого и четвертого, второго и третьего умножителей являются, соответственно первым и вторым входами блока, объединенные вторые входы первого и второго, третьего и четвертого умножителей являются соответственно третьим и четвертым входами блока, выходы первого и третьего умножителей соединены соответственно со входами первого сумматора, выходы второго и четвертого умножителей соединены соответственно со входами второго сумматора, а выходы сумматора являются выходами блока.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит возбудители

1,2 колебаний, рукоятку 3, закрепленную на подвижной части возбудителя l

У сидение 4, закрепленное на подвижной части возбудителя 2, датчики 5-7 перемещения на плече человека-оператора, блоки моделирования вибрации

8,9, каждый с генератором электрических колебаний 10, усилителем

11, узлом дифференцирования 12, блоками умножения 13 и 14 и сумматором, 15, блок 16 оптимизации с электронным двухлучевым индикатором 17, и задатчиками напряжений 18-21, блоки 22 и 23 вычисления составляющих динамической жесткости, . блоки памяти 24-27, идентичные блоки 28-31 умножения комплексных чисел, умножители 32-35 блока 28 умножения комплексных чисел, сумматоры 36,37, блоки умножения комплексных чисел, сумматоры 38-41, блок 42 деления комплексных чисел, блок 43 вычисческой жесткости, а на первом и втором выходах 22 появляются сигналы, пропорциональные соответственно реальной а и мнимой ЬЛ частями динамической жесткости, .иа выходах

KoTopbfx формируются сигналыР пропор» цнональные р (хл gÄ) и р (х » ф ) Сиг калы, с тех же выходов усилителей, а также сигналы с выходов узлов дифференцирования поступают на входы блоков умножения 13 и 14 На вторые входы блоков умножения 13 поступают сигналы от зацатчиков напряжения 10 и 20 соответственно„ которые пропорциональны коэффициентам h4 и сЛ а на вторые входы блоко умножения

14 соответственно - сигналы от задатчиков напряжения 19,21, которые пропорциональны коэффициентам h g H cg, Таким образом, на выходе блоков умножения формируются сигналы, пропорциональные р(хл- л) -hg и р(х -f ) h и сЛ(хл- 1) и с (х - ). Сигналы с выходов блоков умножения суммируются сумматорами 25, на выходах которых по уравнениям (1) и (2) формируются сигналы, пропорциональные

Rp u R c соответственно. Сигналы, пропорциональные R р и Йс, постучают на входы возбудителей колебаний и 2 соответственно, которые обеспечивают передачу усилий руке и сидению пропорциональных сигналам

Rp u Rc . Изменением сигналов задатчиков напряжения 18-21 можно, таким образом, изменять параметры виброизоляторов руки и сидения hg ая Копе6аННН поступающие от датчика 7 на экране электронно-лучевого индикатора 17, можно наблюдать за величиной и )характером колебательного процесса.

Изменением (подбором) параметров с (можно обеспечить (s) (2, минимум амплитуды колебаний плеча

45 руки оператора при различном характере воздействий „, 1 ь, которые можно изменять с помощью генераторов 10.

Для осуществления синтеза виброЗО гасителей по состояниям (скорости, ускорению, перемещению) внутренних органов человека-оператора илн lo состояниям отдельных точек, например на теле человека 46 состояния которых трудно измерить непосредственно, при моделировании виброзащиты, измеренные заранее в лабораторных. условиях, например при

5 864304 б ления модуля, блок 44 сравиенйя, источник 45 постоянного напряжения, 46 - выбранная точка на теле человека«оператора.

Устройство работает следующим образом.

В простейшем случае синтезируемыми виброзащитными виброгасителями руки и сидения являются виброизоляторы соответственно с параметрами где с„, с коэффициенты жестСХ 2 ° кости, h, h - коэффициенты демпфирования, при этом, если колебания действующие через виброгасители человека-оператора, происходит по эакону Л, а насидение — (, то в блоках моделирования 8,9 происходит решения уравнений вида, (x,-g,)(„P+cД) =яр (х,-,)(1,У+ с,,1 =kc где р — оператор дифференцирования," х — колебания рукоятки 3, фиксиЛ руемое датчиком 5 х — колебания сидения 4, фикси2 руемое датчиком 6

R — сила реакции руки на воздейР ствия кол еба ний ч ер ез амортизатор с

R — сила реакции тела че)ювека с на воза ей с тви е чер ез амортизатор с1, "2

Генераторы колебаний 10 вырабатывают сигналы, пропорциональные задаваемым колебаниям (и, которые посЛ -35 тупают в первые входы усилителя, на вторые входы которых поступают сигналы с выходов датчиков перемещения 5 и 6, которые пропорциональны фактическим перемещениям руки и сидения

40 человека-оператора соответственно, т е х и х . На выходе усилителей

Л Я. формируются сигналы, пропорциональные х - и x - соответственно. Сигнал с выходов усилителей поступают к входам узлов дифференцирования Е2, Блоки 22,23 вычисления составляющих динамической жесткости работают, исходя из следующих уравнений

И

= () Р+ 1 )(Хф, у) и ф = (% pie )(х,)ф-е) (<)

При поступлении на их входах соответственно Rp< (и R<< (на первом и втором выходах 23 появляются сигналы, пропорциональные соответственно реальHoA B g H MHHMoH bg частями динами864304 помощи рентгеноскопии, податливости между другими точками и точкой

46 вводятся в блоки памяти 24-27.

Если при непрерывном синтезе с 1 .1 и с2 h2 изменяются, и на

5 выходе блока 43 появляется сигнал, превышающий сигнал с выхода блока

45, второй луч индикатора 17 отклоняется и сигнализирует, что эффективность гашения колебаний для точ- 10 ки 46 не увеличивается при увеличении эффективности колебаний в точке 7, сигналы с выхода блока 44 ограничивают изменения синтезируемых параметров h<, с и 1i,, c2 15 т.е. сигнал с выхода блока 44 служит предупреждающим о границе эффективности гашения колебаний в точке 46. При этом синтез прекращается и принимается новая страте-. гия поиска минимума при синтезе блоком 16 оптимизации ° Представление податливостей в комплексной форме позволяет утверждать, что при синтезе сложных структур амортизаторов, т. е. ручных машин, рулевых приспособлений, а также сидений при заданном диап,вазоне частот и различных колебаний оснований амортизаторов ру" ки и сидения, принцип работы устройст- З0 ва остается тем же. Вместо блока 16 оптимизации могут быть применены автоматизированные стандартные блоки оптимизации, как ААО, А0-1 и др.

Предложенное устройство позволя35 ет существенно улучшить процесс и качество синтеза виброзащиты, дает большую практическую пользу, включая экономию времени при проектировании таких систем.

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования виброзащиты оператора, содержащее два возбудителя колебаний, первый из 45 которых механически связан с рукояткой, на которой расположен первый датчик перемещения, а второй — с сиденьем, на котором расположен второй датчик иеремещения, третий датчик перемещения, расположенный на плече оператора, два блока моделирования вибрации, каждый из которых содержит генератор электрических колебаний, усилитель, узел дифференцирования, два

55 умножителя.и сумматор, причем выход . генератора электрических колебаний соединен с первым входом усилителя, второй вход которого подключен к выходу соответствующего датчика перемещения, а выход соединен со входом узла дифференцирования и с первым входом первого умножителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход узла дифференцирования соединен с первым входом второго умножителя, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен со входом соответствующего возбудителя колебаний, и блок оптимизации, содержащий двухлучевой индикатор, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика перемещений, и четыре задатчика напряжений, выходы которых соединены соответственно со вторыми входами умножителей блоков моделирования вибрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности моделирования защиты внутренних органов оператора, в него дополнительно введены четыре блока памяти, четыре блока умножения, четыре сумматора, блок деления комплексных чисел, блок вычисления модуля, блок сравнения, источник постоянного напряжения и два блока вычисления составляющих динамической жесткости, первый и второй входы каждого из которых соответственна подключены к. выходам сумматора и генератора электрических колебаний соответствующего блока моделирования вибрации, первые выходы первого и второго блоков вычисления составляющих динамической жесткости соединены соответственно с объединенными первыми входами первого, третьего и второго, четвертого блоков умножения комплексных чисел, объединенные вторые входы первого, третьего и второго, четвертого блоков умножения комплексных чисел подключены соответственно ко вторым выходам блоков вычисления составляющих динамической жесткости, первый и второй выходы каждого блока памяти соединены соответственно с третьими и четвертыми входами соответствующего блока умножения комплексных чисел, выходы первого из которых соответственно соединены с первыми входами первого и второго сумматоров, выходы второго блока умножения комплексных чисел соответственно соединены со вторыми входами, первого и второго сумматоров, выходы третьего блока умножения комплексных чисел соответ864304

10 ственно соединены с первыми входами третьего и четвертого сумматоров, а выходы четвертого блока умножения комплексных чисел соответственно соединены со вторыми входами третьего и четвертого сумматоров, выходы всех сумматоров соответственно соединены со входами блока деления комплексных чисел, выходы которого соответственно соединены со входами блока вычисления модуля, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход. блока сравнения соединен со вторым входом двухлучевого индикатора блока оптимизации.

2. Устройство по и.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок умножения комплексных чисел содержит че" тыре умножителя и два сумматора, причем объединенные первые входы первого и четвертого, второго и третьего умножителей являются соотцетственно первым н вторым входами блока, объединенные вторые входы первого и второго, третьего и четвертого умножи телей являются соответственно третьим и четвертый входами блока, выходы первого и третьего умножителей соединены соответственно со входами

1ф первого сумматора, выходы второго и четвертого умножителей соединены соответственно со входами второго сумматора, а выходы сумматоров являются выходами блока.

15 . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

Ф 607239, кл. 6 06 G 7/48, 1975. . 2, Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2466543/18-24, кл. G 06 G 7/48, 1978 (прототип).

864304

Составитель И. Лебедев

Редактор M. Хома Техред T.Ìàòî÷êà 1<орректор Г. Решетник

Заказ 7795 73 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ ГосУдарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4