Устройство для моделирования волоскового механорецептора

 

О П И С А Н И Е (928375

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советсиик

Социапнстическии

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.05.80 (21) 293 1705/18-.24 (51)М. Кл.

Я 06 Ц 7/60 с присоединением заявки М (Ьеударстеенный комитет

СССР до делам иэебретеннй н открытей. (23) Приоритет

Опубликовано 15.05.82. Бктллетень рте 18 (53) Д (681.ЗЗЭ (088.8) Дата опубликования описания 18.05.82 (72) Авторы изобретения

Д. В. Кривец и В. Н. Ляхов

Ростовский ордена Трудового Красного Знамен государственный университет (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ВОЛОСКОВОГО МЕХАНОРЕБЕПТОРА

Изобретение относится к бионике и может быть использовано в системах тактильного и кинестетического очувствления адаптивных роботов.

Известно устройство для измерений усилий, содержащее силовводящий эле5 мент, выполненный в виде гибкого стерж.ня, консольно закрепленного в корпусе и связанного с пьезоэлементом, обкладки которого подключены ко входу усилито теля. Данное устройство воспроизводит некоторые механические характеристики волоскового механорецептора и его спо» собность преобразовывать механичеокие воздействия в электрический сигнал (11.

Наиболее близким к предлагаемому является чувствительный элемент, содержащий гибкий силовводяший элемент, Консольно закрепленный в корпусе, четыре контактных механоэлектрических преобразователя, устройство обработки сигналов преобразователей. Данное устройство способно в некоторой степени воспроизводить свойство волоскового механорецептора, определять направление механи ческого воздействия в плоскости, перпендикулярной оси симметрии силовводящего элемента (2)

Недостатками указанного устройства являются низкая точность определения направления механического воздействия в плоскости, перпендикулярной оси симметрии силовводяшего элемента, невозможность определения направления и ве« личины вектора механического воздейс1 вия в пространстве и, как следствие, малая точность моделирования биологического прототипа.

Бель изобретения — повышение точности моделирования биологического прототипа.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее трехкомпонентный датчик с гибким силовводяшим элементом, дополнительно введены три усилителя и блок вычисления модуля вектора действующей силы, причем первый, второй и третий выходы трехкомпо5S

3 .92 нентного датчика механического воздействия через соответствующие усилители подключены к соответствующим входам блока вычисления модуля вектора действующей силы.

Кроме того, блок вычисления модуля вектора действующей силы содержит два делителя напряжения и два сумматора, причем первый вход блока, соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, второй вход блока через первый квадратор подключен,.к первому входу первого делителя напряжения, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого является выходом блока и подключен

k второму входу первого сумматора, выход которого соединен с вторым вхо- дом первого делителя напряжения и первым входом второго делителя напряжения, третий вход блока через второй квадратор подключен к второму входу второго делителя напряжения, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для моделирования волоскового механорецептора; .на фиг. 2трехкомпонентный датчик механического воздействия аксонометрии, общий вид.

Устройство содержит трехкомпонентный датчик 1 механического воздействия с гибким силовводяшим элементом 2, усилители 3 — 5, блок 6 вычисления модуля вектора действующей силы, в который входят первый и второй квадраторы 7 и 8, первый и второй делители 9 и 10 напряжения, первый и второй сумматоры 11 и 12. Выход второго сумматора является первым выходом 13 устройства, а выходы усилителей 3-5 являются вторыми выходами 14 устройстваа.

Трехкомпонентный датчик механичесI кого воздействия представляет собой стержень 15 круглого поперечного сечения с двумя балочными упругими элементами 16 и 17. На одном из концов стержня имеется мембранный упругий элемент 18, а на втором - гибкий силовводяший элемент 2, выполненный в виде прямого круглого конуса. На балочные и мембранный упругие элементы наклеены полупроводниковые тензометры

19 и соединены в три мостовые схемы, выходы которых являются выходами датчика.

При действии силы Р, произвольно приложенной к силовводящему элементу 2, 8375 ф тензометры 19, размещенные HQ мембранном упругом элементе 18, регистрируют составляющую силы P при незначительной реакции на составляющие Р> и P> . Достаточно высокая степень развязки при измерении составляющей Р> от паразитных влияний составляющих Р> и Р> происходит за счет компенсационных свойств мостовой измерительной схемы. Коэффициент перекрестных влияний на составляющую Р не превышает

2%. Составляющая Р, действующей силы регистрируется с помощью полупровод« никовых тенэометров 19, размещенных на балочном упругом элементе 16. При этом, составляющая Р>, действуя на балочный упругий элемент 17, вызывает его незначительную деформацию изгиба, ввиду значительно большего, по сравнению с элементом 16, момента сопротивления относительно оси Х, что в совокупности с компенсационными свойствами мостовой измерительной схемы обеспечивает независимость показаний датчика по оси Х от составляющей P . Аналогично, составляющая Р регистрируется с помощью тензометров 19, размещенных на балочном упругом элементе 17. При этом, составляющая Р, действуя на балочный упругий элемент 16, вызывает весьма малую его деформацию изгиба ввиду значительно большего, по сравне нию с элементом 17, момента сопротивления относительно оси У, что в совокупности с компенсационными свойствами зз мостовой измерительной схемы обеспечивает независимость показаний датчика по оси У от составляющей Р <. Коэффициент перекрестных влияний по составляющим Р> и Р,„, вследствие указанных особенностей, исчезающе мал.

Силовводящий элемент 2, выполненный в виде прямого круглого конуса и представляющий собой балку равного сопротивления, позволяет точно переда4$ вать силовое воздействие на упругие элементы без потери устойчивости. Кроме того, такая форма силовводящего элемента удовлетворяет принципу силовведения Сен-Венана.

Сигналы с выхода датчика, пропорциональные составляющим действующей

- силы, усиливаются с помощью усилителей 3 - 5 и поступают на вторые выходы 14 устройства и в блок 6 вычисления модуля вектора действующей силы.

Вычисление модуля осуществляется по методу неявных функций, который дает более точные результаты. В блоке 6 вычисления модуля вектора решается уравнение

Ч., 3

U 01

О+ 04 v+ О., 9283

Зо где V. - модуль вектора, U О„ Ц вЂ” напряжения, пропорпиональные

li 6.1 3 составляющим действующей силы PX Psè PZ соответствен- 10 но (выходные напряжения усилителей 3 - 5).

В первом и втором квадраторах 7и8 осуществляется возведение в квадрат напряжений О и U соответственно. Де- 15 лители напряжения 9 и 10 осуществляют деление выходных напряжений квадратов

0 и U на сумму Ut V сформирован0. ную в йервом сумматоре 11, а сумма . всех членов правой части приведенного gp уравнения формируется в сумматоре 12, выход которого является первым выходом 13 устройства.

Э

Реализация в предлагаемом устройстве для моделирования волоскового 2S механорецептора возможности значительно более точного определения величины и направления вектора действующей силы в плоскости, перпендикулярной оси симметрии силовводящего элемента, а также реализация воэможности определения величины и направления вектора действующей силы в пространстве позволяет приблизить модель к своему биологическому прототипу и расширить сферу применения модели в системах тактильного и кинестетического очувствления адаптивных роботов. формула изобретения

1. Устройство для моделирования вопос-. кового механорецептора, содержащее

75 G трехкомпонентный датчик механического воздействия, о т л и ч а ю ш е ес.я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены три усилителя и блок вычисления модуля вектора действующей силы, причем первый, второй и третий выходы трехкомпонентного датчика механического воздействия через соответствующие усилители подключены к соответствующим входам блока вычисления модуля вектора действующей силы.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления модуля вектора действующей силы содержит два делителя напряжения и два сумматора, причем первый вход блока соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, второй вход блока через первый квадратор подклк чен к первому входу первого делителя напряжения, выход которого соединен с

BTopblM входом второго сумматора, выход которого является выходом блока и подключен к второму входу первого сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого делителя напряжения и первым входом второго делителя напряжения, третий вход блока через второй квадратор подключен к второму входу второго делителя напряжения, выа ход которого соединен с третьим входом второго сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

No 504929, кл. 4 01 L 1/16, 1976.

2. Патент США. M 40001556, кл. 235/151, опублик. 1977 (прототип) ..928375

Ф..1

19

Э

Л

Составитель Л. Терехов

Редактор И. Касарда Техред C. )Мигунова Корректор О. Билак

Заказ 3242/62 Тираж 732, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4