RU2215330C1

RU2215330C1 - Device for training operators and analyzing their work

Info

Publication number: RU2215330C1
Application number: RU2002106316/28A
Authority: RU
Inventors: В.С. Шкрабак; П.Г. Митрофанов; С.П. Митрофанов; О.В. Алмазов; С.А. Соколов
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный аграрный университет
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-10-27
Also published as: RU2002106316A

Abstract

FIELD: training simulators and trainers. SUBSTANCE: device has controlled object simulator and software for controlling object parameters, as well as recording unit and data display panel. Controlled object simulator is made in the form of booth with its corners supported by spring mounts with hydraulic dampers. Variable-speed dc motors provided with unbalance washers are installed under booth bottom symmetrically to center line of booth floor. Booth accommodates heating element and low-frequency dynamic loudspeaker disposed in vicinity of vehicle motor. Four broad-band loudspeakers are fixed in upper corners of booth. Temperature and noise transducers are mounted level with operator s head and vibration sensor, level with his or her back. Booth roof mounts filtering and ventilating unit. EFFECT: provision for simulating almost actual operating conditions and for analyzing working efficiency of operator under these conditions. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к инженерной психологии и может быть использовано для контроля восприятия информации человеком-оператором и его утомляемости непосредственно во время выполнения алгоритмов деятельности в составе эргатической системы. The invention relates to engineering psychology and can be used to control the perception of information by a human operator and his fatigue directly during the execution of activity algorithms as part of an ergatic system.

Известен тренажер, содержащий кабину с органом управления, устройство для моделирования динамики транспортного средства, экран, теневой проектор с точечным источником света и макетом местности из светопроницаемого диска, связанным посредством фрикционного привода с упомянутым устройством, и сигнализатор ошибок. При этом он снабжен дополнительным диском, закрепленным со светопроницаемым диском на общем вертикальном валу и взаимодействующим с роликом фрикционного привода, а ролик и источник света расположены на рычагах, закрепленных на вертикально установленной поворотной втулке, внутри которой размещен вал, имеющий привод от рулевого колеса, и связанный с держателем ролика, закрепленным на рычаге с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. В цепь сигнализатора ошибок включены контакты, замыкаемые при повороте рычагов и при перемещении источника света относительно несущего его рычага. Также он снабжен движущимися относительно макета местности макетами препятствий, например автомобилей (а.с. 456295, G 09 В 9/04). A known simulator comprising a cabin with a control body, a device for modeling vehicle dynamics, a screen, a shadow projector with a point light source and a terrain layout from a translucent disk, connected by means of a friction drive to the said device, and an error signaling device. Moreover, it is equipped with an additional disk mounted with a translucent disk on a common vertical shaft and interacting with the friction drive roller, and the roller and the light source are located on levers mounted on a vertically mounted rotary sleeve, inside of which there is a shaft having a drive from the steering wheel, and associated with the roller holder mounted on the lever with the possibility of rotation around a vertical axis. The error signal circuit includes contacts that are closed when the levers are turned and when the light source is moved relative to the lever that carries it. It is also equipped with mock obstacles moving relative to the layout of the terrain, for example, automobiles (AS 456295, G 09 V 9/04).

Недостатками данного устройства являются:
1. Сложность конструкции устройства создания визуальной картинки при работе оператора.The disadvantages of this device are:
1. The complexity of the design of the device to create visual images when the operator.

2. Предложенное устройство не позволяет имитировать в полной мере реальную обстановку вокруг транспортного средства. 2. The proposed device does not allow to fully simulate the real situation around the vehicle.

3. Тренажер не позволяет имитировать возможный микроклимат внутри кабины во время работы. 3. The simulator does not allow simulating a possible microclimate inside the cabin during operation.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту относится устройство для тренировки и исследования работы оператора, содержащее модель управляемого объекта, орган управления и схему управления параметрами объекта, выходы которых электрически связаны с моделью управляемого объекта, генератор помехи, регистрирующий блок и информационное табло. Устройство имеет компараторы, блок адаптации и схему блокировки и возврата, при этом выходы генератора помехи и схемы блокировки и возврата соединены с входами модели управляемого объекта, выход которой электрически соединен с первыми входами регистрирующего блока и информационного табло и подключен к первому и второму компараторам, причем выход первого компаратора соединен со вторыми входами регистрирующего блока и информационного табло, а выход второго компаратора - с третьими входами регистрирующего блока и информационного табло, вход блока адаптации связан с выходом второго компаратора, а выход блока адаптации электрически соединен с четвертыми входами регистрирующего блока и информационного табло и с входом системы управления параметрами объекта, при этом выход второго компаратора подключен к входу схемы блокировки и возврата (а.с. 665315, G 09 В 9/00). The closest analogue to the claimed object is a device for training and researching the operator’s work, containing a model of a controlled object, a control body and a control circuit for the parameters of the object, the outputs of which are electrically connected to the model of the controlled object, an interference generator, a recording unit and an information board. The device has comparators, an adaptation unit and a blocking and return circuit, while the outputs of the interference generator and blocking and return circuits are connected to the inputs of the managed object model, the output of which is electrically connected to the first inputs of the recording block and information board and connected to the first and second comparators, the output of the first comparator is connected to the second inputs of the recording unit and the information board, and the output of the second comparator is connected to the third inputs of the recording unit and the information board, the input of the adaptation unit is connected to the output of the second comparator, and the output of the adaptation unit is electrically connected to the fourth inputs of the recording unit and the information board and to the input of the object parameter control system, while the output of the second comparator is connected to the input of the blocking and return circuit (AS 665315, G 09 V 9/00).

Недостатками данного устройства являются:
1. Данное устройство позволяет оценить только скорость реакции оператора.The disadvantages of this device are:
1. This device allows you to evaluate only the reaction rate of the operator.

2. Предложенное устройство не позволяет имитировать в полной мере реальную обстановку вокруг оператора. 2. The proposed device does not allow to fully simulate the real situation around the operator.

3. Устройство не позволяет имитировать возможный микроклимат во время работы и исследовать его влияние на скорость реакции оператора. 3. The device does not allow to simulate a possible microclimate during operation and to investigate its effect on the reaction rate of the operator.

Задача изобретения - моделирование условий работы оператора, приближенных к реальным и исследование при этих условиях его работоспособности. The objective of the invention is the modeling of the operating conditions of the operator, close to real and the study under these conditions of its performance.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для тренировки и исследования работы оператора содержит модель управляемого объекта, орган управления и программу управления параметрами объекта, регистрирующий блок и информационное табло. При этом модель управляемого объекта выполнена в виде кабины, установленной по углам на пружинных рессорах с гидравлическими гасителями, под днищем кабины симметрично относительно центральной оси пола кабины установлены двигатели постоянного тока с регулируемой частотой вращения с дисбалансными шайбами, а внутри кабины в области расположения двигателя установлен нагревательный элемент и низкочастотный динамик, в верхних углах кабины закреплены четыре широкополосных динамика, на уровне головы оператора установлены датчики температуры и шума, а датчик вибрации на уровне спины оператора, при этом на крыше кабины установлена фильтровентиляционная установка. The problem is solved due to the fact that the device for training and researching the work of the operator contains a model of a managed object, a control body and a program for managing the parameters of the object, a recording unit and an information board. At the same time, the model of the controlled object is made in the form of a cabin mounted at angles on spring springs with hydraulic dampers, DC motors with an adjustable speed with unbalanced washers are installed symmetrically relative to the central axis of the floor of the cabin, and a heating heater is installed inside the cabin in the area of the engine element and subwoofer, four broadband speakers are fixed in the upper corners of the cab, temperature sensors are installed at the level of the operator’s head noise and noise, and a vibration sensor at the level of the back of the operator, while on the roof of the cab is installed a filter and ventilation unit.

Новые существенные признаки:
1. Модель управляемого объекта выполнена в виде кабины, установленной по углам на пружинных рессорах с гидравлическими гасителями.New significant features:
1. The model of the controlled object is made in the form of a cabin mounted in the corners on spring springs with hydraulic dampers.

2. Под днищем кабины симметрично относительно центральной оси пола кабины установлены двигатели постоянного тока с регулируемой частотой вращения с дисбалансными шайбами. 2. Under the bottom of the cab, DC motors with variable speed with unbalanced washers are installed symmetrically with respect to the central axis of the cab floor.

3. Внутри кабины в области расположения двигателя установлен нагревательный элемент. 3. Inside the cabin, a heating element is installed in the area where the engine is located.

4. Внутри кабины в области расположения двигателя установлен низкочастотный динамик, в верхних углах кабины закреплены четыре широкополосных динамика. 4. Inside the cabin, in the area of the engine, a low-frequency speaker is installed, four broadband speakers are fixed in the upper corners of the cabin.

5. На уровне головы оператора установлены датчики температуры и шума, а датчик вибрации на уровне спины оператора. 5. At the level of the head of the operator, temperature and noise sensors are installed, and the vibration sensor is at the level of the back of the operator.

6. На крыше кабины установлена фильтровентиляционная установка. 6. A filter ventilation unit is installed on the roof of the cab.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. The listed new essential features in conjunction with the known ones provide a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Достигаемый технический результат заключается в моделировании условий труда оператора, приближенных к реальным за счет того, что по программе персонального компьютера через проектор на экране проецируются различные рабочие ситуации, например при работе тракториста, а именно, вспашка поля, движение по дороге, объезд препятствий и т.д. The technical result achieved is to simulate the operator’s working conditions that are close to the real ones due to the fact that various working situations are projected on the screen using the personal computer program through the projector, for example, when the tractor operator is working, namely, plowing the field, driving along the road, avoiding obstacles, etc. .d.

Оператор находится в кабине и, в зависимости от внешних факторов, а именно, скорости движения, дорожной ситуации, факторов окружающей среды, он должен адекватно реагировать, качественно выполняя работу. The operator is in the cab and, depending on external factors, namely, speed, traffic situation, environmental factors, he must respond appropriately, performing quality work.

Все эти факторы могут моделироваться предложенным устройством, как в динамике, так и в статике, в широком диапазоне. All these factors can be modeled by the proposed device, both in dynamics and in statics, in a wide range.

После нескольких циклов, с изменением климатических параметров и заданий на экране, проанализировав результаты произведенных ошибок и времени выполнения заданий можно судить о квалификации оператора и его работоспособности. After several cycles, with a change in climatic parameters and tasks on the screen, having analyzed the results of the errors made and the time taken to complete the tasks, one can judge the operator’s qualifications and their operability.

На фиг.1 схематично изображено устройство для тренировки и исследования работы оператора. Figure 1 schematically shows a device for training and research of the operator.

На фиг. 2 изображена блок-схема управления параметрами устройства для тренировки и исследования работы оператора. In FIG. 2 shows a block diagram of the control parameters of the device for training and research of the operator.

Устройство для тренировки и исследования работы оператора содержит кабину 1, установленную по углам на пружинных рессорах 2 с гидравлическими гасителями 3, при этом под днищем кабины 1 симметрично относительно центральной оси пола кабины установлены двигатели постоянного тока с регулируемой частотой вращения 4 и дисбалансными шайбами 5. Внутри кабины 1 с рабочим местом оператора 6, блоком управления оператора, состоящем из рулевого колеса 7 и блока педалей 8, в области расположения двигателя транспортного средства (на фиг. 1 не показана) установлен нагревательный элемент (ТЭН) 9 и низкочастотный динамик акустической системы 10, а в верхних углах кабины закреплены четыре широкополосных динамика акустической системы 11, на уровне головы оператора установлены датчики температуры 12 и шума 13, а датчик вибрации 14 на уровне спины оператора, при этом на крыше кабины установлена фильтровентиляционная установка 75. Над кабиной 1, независимо от нее закреплен проектор 16, а перед кабиной 1 экран 17 для проецирования изображения. Управление экспериментом осуществляется с пульта на базе персонального компьютера (далее ПК) 18. A device for training and researching the operator’s work includes a cab 1 mounted angularly on spring springs 2 with hydraulic dampers 3, and DC motors with an adjustable speed of 4 and unbalanced washers 5 are installed under the bottom of the cab 1 symmetrically relative to the central axis of the cab floor cab 1 with the operator’s workstation 6, the operator’s control unit, consisting of a steering wheel 7 and pedal block 8, in the area of the vehicle engine (not shown in FIG. 1) the heating element (TEN) 9 and the low-frequency speaker of the speaker system 10 are mounted, and four broadband speakers of the speaker system 11 are fixed in the upper corners of the cab, temperature sensors 12 and noise 13 are installed at the level of the head of the operator, and the vibration sensor 14 is at the level of the operator’s back, while a filter ventilation unit 75 is installed on the roof of the cabin. A projector 16 is fixed above the cabin 1, independently of it, and a screen 17 in front of the cabin 1 for projecting an image. The experiment is controlled from a remote control based on a personal computer (hereinafter referred to as PC) 18.

В блоке определения начальных условий 19 программы ПК 18 имеются: блок определения температурного режима 20; блок установки интервала считывания параметров микроклимата 21; блок установки уровня звука холостого хода 22; блок выбора задания оператору 23. In the block for determining the initial conditions 19 of the program PC 18 there are: a block for determining the temperature regime 20; a unit for setting an interval for reading microclimate parameters 21; unit for setting the idle sound level 22; unit for selecting a task to the operator 23.

Выход датчика температуры 12 соединен со входом блока температурного режима 24, а его выходы со входом нагревательного элемента 9, входом фильтровентиляционной установки 15 и входом блока записи данных температуры 25 регистратора 26. Оператор, находясь на рабочем месте 6, получает заданную динамичную картинку изображения местности на экране 17, и воздействуя на органы управления, а именно, рулевое колесо 7 и блок педалей 8, программным блоком 27 задает скорость и направления движения, при этом в зависимости от скорости движения программа выдает значение уровня звука на динамики 10, 11 и варьирует скорость вращения двигателей 4 с дисбалансными шайбами 5, имитируя таким образом шум и вибрацию двигателя и трансмиссии. The output of the temperature sensor 12 is connected to the input of the temperature control unit 24, and its outputs are with the input of the heating element 9, the input of the filtering unit 15 and the input of the temperature data recording unit 25 of recorder 26. The operator, while at workplace 6, receives a given dynamic image of the terrain image on screen 17, and acting on the controls, namely, the steering wheel 7 and the pedal block 8, the program unit 27 sets the speed and direction of movement, while depending on the speed of movement the program gives The level of sound on the speakers 10, 11 and varies the speed of rotation of the engines 4 with unbalanced washers 5, thus simulating the noise and vibration of the engine and transmission.

Выходы датчиков шума 13 и вибрации 14 соединены с входами блока записи значений шума 28 и блока записи значений вибрации 29 регистратора 26. The outputs of the noise sensors 13 and vibration 14 are connected to the inputs of the unit for recording values of noise 28 and the unit for recording values of vibration 29 of recorder 26.

Программный блок управления оператора 27, принимающий сигналы от рулевого колеса 7 и блока педалей 8 задает данные блоку расчета положения и ориентации транспортного средства на местности 30, который формирует динамичную перспективную картинку и посылает ее через проектор 16 на экран 17, имитируя движение объекта. Второй выход блока 30 передает значения координат транспортного средства на вход блока сверки с координатами коридора идеальной траектории и правильной ориентацией по ходу движения 31, выход которого соединен с входом счетчика времени нахождения в коридоре идеальной траектории и правильной ориентацией по ходу движения 32 регистратора 26. Третий выход блока 30 передает значения координат транспортного средства на вход блока проверки наезда на препятствия 33, выход которого соединен с входом счетчика наездов 34 регистратора 26. Четвертый выход блока 30 передает значения времени выполнения задания оператором счетчику общего времени 35 регистратора 26. Software control unit operator 27, receiving signals from the steering wheel 7 and the pedal unit 8 sets the data to the unit for calculating the position and orientation of the vehicle on the terrain 30, which forms a dynamic perspective picture and sends it through the projector 16 to the screen 17, simulating the movement of the object. The second output of block 30 transfers the coordinates of the vehicle to the input of the reconciliation block with the coordinates of the corridor of the ideal path and the correct orientation in the direction of travel 31, the output of which is connected to the input of the time counter in the corridor of the ideal path and the correct orientation in the direction of travel 32 of the recorder 26. Third output unit 30 transmits the vehicle coordinate values to the input of the obstruction check unit 33, the output of which is connected to the input of the arrivals counter 34 of the recorder 26. The fourth output unit 30 transmits the values of the execution time of the job by the operator to the total time counter 35 of the recorder 26.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Исследователь осуществляет ввод начальных условий, а именно в блоке 20 вводит диапазон температур (t_min и t_max); указывает интервал считывания параметров датчиков (блок 21); устанавливает уровень звука холостого хода (блок 22); выбирает вид работ в блоке 23.The researcher enters the initial conditions, namely, in block 20, enters the temperature range (t _min and t _max ); indicates the reading interval of the parameters of the sensors (block 21); sets the idle sound level (block 22); selects the type of work in block 23.

Оператор, действуя органами управления 7 и 8, выполняет задание компьютерной программы. Программный блок управления 27 вычисляя скорость и направление движения передают их блоку расчета положения и ориентации транспортного средства на местности 30, который через проектор 16 отображает на экране 17 динамическую перспективную картинку перед окном оператора. В процессе имитации движения ведется отсчет времени выполнения задания (блок 35), времени нахождения в коридоре идеальной траектории (блок 31, 32) и количество случаев наезда на препятствия (блоки 33, 34). Имитируя работу двигателя и трансмиссии в зависимости от текущего значения скорости в блоке 27 программа изменяет сигнал, подаваемый на динамики 10, 11, и варьирует скорость вращения двигателей 4 с дисбалансными шайбами 5. Блок температурного режима 24 программы при значении датчика температуры 12 ниже t_min включает нагревательный элемент 9, а при значении выше t_max включает фильтровентиляционную установку 15. Показания датчиков температуры 12, шума 13 и вибрации 14 с заданным интервалом фиксируются регистратором 26.The operator, acting on the controls 7 and 8, performs the task of the computer program. The software control unit 27 calculating the speed and direction of movement transmit them to the unit for calculating the position and orientation of the vehicle on the ground 30, which through the projector 16 displays on the screen 17 a dynamic perspective picture in front of the operator’s window. In the process of simulating the movement, the time taken to complete the task (block 35), the time spent in the corridor of the ideal trajectory (block 31, 32), and the number of cases of hitting obstacles (blocks 33, 34) are counted. Imitating the operation of the engine and transmission, depending on the current speed value in block 27, the program changes the signal supplied to the speakers 10, 11, and varies the rotation speed of the engines 4 with unbalanced washers 5. The temperature mode block 24 of the program when the temperature sensor value 12 is below t _min includes heating element 9, and if the value is higher, t _max includes a filter-ventilation unit 15. The readings of temperature sensors 12, noise 13 and vibration 14 with a specified interval are recorded by the recorder 26.

По окончании выполнения задания программа отображает итоговую строку счетчиков 32, 34, 35 и средние значения температуры 25, шума 28, вибрации 29, записывая все в пополняемый протокол. At the end of the task, the program displays the final line of counters 32, 34, 35 and the average values of temperature 25, noise 28, vibration 29, recording everything in a replenished protocol.

После оценки результатов выполнения оператором задания могут устанавливаться новые значения параметров диапазона температур, шума, вибрации, меняются виды работ для повторения опыта. В результате проведенных тестов выясняется пригодность оператора к выполнению данной работы, его утомляемость, период выполнения им работы качественно и безопасно. After evaluating the results of the job, the operator can set new values for the parameters of the temperature range, noise, vibration, and change the types of work to repeat the experiment. As a result of the tests, the suitability of the operator to perform this work, his fatigue, the period of his work quality and safety are determined.

Claims

A device for training and researching the operator’s work, containing a model of a controlled object, a control body and a program for controlling the parameters of the object, a recording unit and an information board, characterized in that the model of the controlled object is made in the form of a cabin mounted at the corners on spring springs with hydraulic dampers, this under the bottom of the cab symmetrically relative to the Central axis of the floor of the cab mounted DC motors with adjustable speed and with unbalanced washers, and In the morning, in the area where the vehicle’s engine is located, a heating element and a low-frequency speaker are installed, four broadband speakers are fixed in the upper corners of the cabin, temperature and noise sensors are installed at the level of the operator’s head, and a vibration sensor is installed at the level of the operator’s back; installation.