Устройство для оценки психофизиологических характеристик оператора систем управления

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК А 6 ЙОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сотоз СоветсиихСоциалистическихРеспублик(23)Приоритет Гввумвствеввык СССРаи взв 4 реи еткрыти Опубликовано 07.03 Дата опубликования летень М 9) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСК ХАРАКТЕРИСТИК ОПЕРАТОРА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ аточного в цеия,д екти азно Рая х с ия э вного терминуправления втеллекта",для био темах " хничес бридно этого устроиства являпектра возможных кокаждым каналом биоуправления,. Устройство являть разнообразие ой деятельности опера" Недостатком тся бедность анд, снимаемы лектрического е позволяет в кодов психическ 1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для регистрации движений человека-оператора в эрготических системах, является средством передачи командной информации от опе-ратора к машине и предназначено для повышения эффективности биотехнического управления в системах "человек - техника" и "гибридного интеллекта".Известно устройство для оценки психофизиологических характеристик оператора систем управления, содержащее датчик (электроды для съема биопотенциалов соответствующих мышц), .3 усилитель биопотенциалов, фильтры выделения огибающей и сервопривод Г 1 . Известно также устройство, которое выявляет паттерн-коды сенсорных образов слов при молчаливом оперировании ими в интеллектуально-мнестических процессах. Это устройство содержит датчик (электроды из золотой проволоки, вживляемые в мозг испытуемого), усилители биопотенциалов, магнитофоны, чернилописец, блок ограничителей, формирователей и интеграторов, цифровой анализатор с аналогоцифровым преобразователем, вычислительные машины с блоками цифропечати и пе 5 форации, а также стимуллтор, проектор, громкоговоритель и микрофон 2 1Основные недостатки этого устройства - паттерн-коды сенсорных образов слов могут быть выявлены только у больных в процессе психологических30 ля 3 1. 3 10031 тестов, осуществляемых исключительно для лечебно-диагностических целей; недостаточная информация от одного испытуемого ввиду того, что датчик может быть вживлен в соответствии с 5 поставленным диагнозом только в одну из областей мозга; необходимость вживления датчика в мозг испытуемого.Наиболее близким техницеским реше" нием к изобретению является устройст" 16 во, содержащее датчик движений испытуемого, блок управления, цифровой регистратор, усилитель, графицеский регистратор, Фильтр верхних цастот, измеритель мощяости тремора, триггер 15 Шмидта, счетчик импульсов, ключи, причем выход датчика движений испытуемо- го соединен с входом усилителя, выход которого подключен к входам графического регистратора и фильтра верхних частот, выход последнего соединен с входами измерителя мощности тремора и триггера Шмидта, выход которого через схему совпадения, подключенную к блоку управление, связан со счетным д 5 входом счетчика, вход "Установка ну" ля" которого подключен к блоку управления, а выход через ключи, связанные с блоком управления, соединен с цифровым регистратором. Датчик движе" ний испытуемого содержит источник рассеянного света, круговой экран с рав:- номерно увеличивающейся от центра плотностью затемнения, указку с Фото диодом на конце, причем Фотодиод элект 35 рический подключен к входу усилитеПри использовании известного устройства получают недостаточную инфор 4 О мацию, так как из тремора конечности испытуемого, который происходит в трехмерном пространстве, оптикомеханической частью датчика воспринимаются только вертикальная и горизонтальная составляющие движения и то не раз 45 дельно, а, суммируясь, преобразуются в электрический сигнал на входе усилителя, Кроме того, устройство невозможно испольэовать в качестве терминала, так как не выявляются паттерн ф коды моторных образов, графики слов, букв и рисунков, которые содержатся в пространственном треморе при оперировании соответствующими графемами в интеллектуально-мнестических процессах.Указанные недостатки ограничивают быстродействие процесса оценки психофизиологических характеристик оператора.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства за счет создания быстродействующего и не требующего хирургического вмешательства для установки датчика терминала для биотехнического управления в системах "целовек - техника" и "гибридного интеллекта" на основе устройства, выявляющего в микротреморе мышц паттерн-коды моторных образов, графики слов, букв и рисунков при оперировании ими в интеллектуально-мнестических процессах.Указанная цель достигается тем, цто в устройство, содержащее блок управления, соединенный с блоками согласования и регистрации, введены последовательно включенные генератор, трехкоординатный преобразователь напряжения и синхронный детектор, подключенный к блоку согласования и генератору.Блок управления содержит вычислители, подключенные через коммутатор к блоку памяти, а также к входам и выходам блока.Блок согласования содержит последовательно включенные усилитель и аналого-цифровой преобразователь, соединенные с входами и выходами блока соответственно.оТрехкоординатный преобразователь напряжения содержит элемент обратной связи, связанный с соленоидами или с конденсаторами и выполненный в виде шарика, соединенного посредством пружин с корпусом преобразователя.Иа Фиг. 1 изображена схема микротреморного терминала; на фиг,2-5- трехкоординатный преобразователь, общий вид, разрез по одной из координат. Устройство 1;Фиг, 1) содержит блок 1 согласования, состоящий из усилителя 2 и аналого-цифрового преобразователя 3, который подсоединен к блоку 1 управления, блок 5 регистрации, представляющий собой дисплей б со световым пером 7,Устройство также содержит трехкоординатный преобразователь 8 напряжения, три выхода которого подсоединены соответственно к трем входам трехканального усилителя 2 церез трехканальный синхронный детектор 9, причем30 б цифрового преобразователя 3 трех составляющих пространственно-временной 25организации микротремора.Такая или аналогичная корреляционная обработка пространственно-временной организации микротремора рукичеловека в том случае, если он вни- зомательно наблюдает за динамикой писания текста или зарисовками, выявляет, что наряду с шумами и физиологическими ритмами (пульс, дыхание),. вмикротреморе содержатся паттерн-кодымоторных образов, графики текста илизарисовок. Иозг наблюдателя автоматически кодирует паттернами микротремора графемы, т,е. знаки текста илиштрихи рисунка, так, как будто они не-,0осознанно рисуются самим наблюдателем.Если путем несложных тренировокдобиться, чтобы, подавая команды,человек-оператор представлял их в ви де написанного текста или стилизованного рисунка, то в динамике пространственно-временной органиэациимикротремора в реальном масштабе времени появляются паттерн-коды, вэаимнооднозначно соответствующие графемаммысленных команд,55 5 1 оо 31 к входам опорного сигнала преобразователя 8 и синхронного детектора 9 подключен трехчастотный генератор 10. Преобразователь 8, детектор 9 и генератор 10 используются в устройстве в 5 качестве датчика движений человека- оператора, который может быть выполнен на постоянном токе, тогда три выхода преобразователя 8 подсоединены соответственно к трем входам трех канального усилителя 2 непосредственно, а питание постоянным током трех" координатного преобразователя 8 осуществляется от стабилизатора питания.Блок 4 управления вклачает три идентичных вычислителя 11, подкпюценных через коммутатор 12 к блоку 13 памяти, и подключен к аналого-цифровому преобразователю 3 и блоку. 5 регистрации через коммутатор 12, Блок 4 20 управления обеспечивает динамический факторный анализ оцифрованных при помощи трехканального аналогоТрехкоординатный преобразователь 8 напряжения (фиг, 2) содержи три соленоида 14, расположенные в трех взаимно перпендикулярных пересекающихся плоскостях. В тоцке пересечения плоскостей упомянутых соленоидов 14 на системе мягкой подвески (пружинах 15) расположен шарик 16 из магнитомягкого материала, представляющий собой элемент обратной связи (фиг. 2 и 3). Каждый из соленоидов 14 содержит,две обмотки 17 и 18. Тремор руки человека-оператора вызывает смещение шарика 16 относительно плоскостей соленоидов 14.Трехкоординатный преобразователь 8 напряжения (фиг. 4 и 5) содержит три конденсатора 19, обкладки которых по" мещены в жидкий диэлектрик 20, имеющий высокую диэлектрическую постоянную. Между.обкладками каждого из конденсаторов 19 помещены гибкие зон" ды 21, объединенные шариком 16, Об" кладки каждого из трех конденсаторов 19, образующих трехкоординатный преобразователь, расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Шарик 16 установлен в центре при помощи системы мягкой подвески ( пружин 15 ). Так же, как и в предыдущей реализации, тремор руки человека" оператора вызывает дрожание шарика 16 относительно центра преобразователя и, тем самым, вибрацию всех трех гибких зондов 21 в поле пластин конденсаторов 19.Устройство работает следующим образом.Вначале человек-оператор, который начинает работать с устройством, "представляется" ему, т.е., пользуясь световой клавиатурой, предъяв" ленной .ему на экране дисплея 6, и световым пером 7, набирает свою фаюлию, имя и отчество, а также прикасается к световой кнопке "Знакомство с почерком". После этого на экране дисплея 6 оператору предъявляется только что набранный им текст, а также образцовый текст, состоящий из отдельных букв, цифр, слов и стилизованных рисунков. Пользуясь световым пером 7, обычным своим почерком оператор повторяет предъявленный ему текст и рисунки на экране дисплея 6. После обработки полученной информации блоком 4 управления в блоке 13образуется взаимооднозначное соот"ветствие между машинными кодами букв,цифр и стилизованных рисунков, а также кодами развертки граф.м в реальноммасштабе времени,После окончания этой части процедуры оператор прикасается световым пе"танавливается еще одно взаимооднозначное соответствие.Таким образом, в результате своеобразного "обучения" блока 4 управления в его блоке 13 устанавливаетсявзаимооднозначное соответствие междумашинными кодами букв, цифр и стилизованных рисунков - с одной стороны,соответствующими им индивидуальнымипаттерн-кодами данного конкретногочеловека - с другой,После полного окончания этой процедуры на экране дисплея 6 предъявляется надпись "Диалог с ЭВМ через микротреморный терминал" и стилизованныйрисунок, обозначающий командный знак"Включение". Мысленно отработав графему рисунка"Включение", оператор переключает устройство в режим диалогачерез канал связи с основной ЭВМ (нафиг, 1 не показана), когда вход в ЭВМосуществляется путем трансляции блоком 4 управления паттерн-кодов соответствующим индивидуальным графемамбукв, цифр и командных знаков в машинный код. Для этого полученные с выхода детектора 9 три составляющиепространственного микротремора егоруки усиливаются усилителем 2, оцифровываются трехканальным аналого-цифровым преобразователем 3, после чеговыделенное блоком 4 управления паттерн-коды заменяются соответствующими машинными кодами, которые передаются в канал связи и для контроля од новременно предъявляются операторуна экране дисплея 6, Приходящие поканалу связи ответы основной ЭВМ также предъявляют ся опера тору на экране дисплея 6. Процедура включения в работу упрощается, если оператор знакоми терминалу, т.е. его образцы паттерн-кодов уже имеются в блоке 13. иПредставившись" терминалу, те., набрав свою фамилию, имя, отчество, на световой клавиатуре дисплея 6 оператор вместо кнопки "Знакомство с почерком" прикасается световым пером 7 к кнопке "Диалог с ЭВИ через микротреморный терминал", в результате чего при наличии в блоке 13 .набранныхч инициалов устроиство переключается врежим диалога через канал связи с основной ЭВМ,При реализации трехкоординатного преобразователя 8 (фиг. 2 и 3) первичные обмотки 17 соленоидов 14 пита 7 1003130 8ромк световой кнопке "Знакомствос микротремором" и обеспечивает контакт руки с трехкоординатным преобразователем 8. Пользуясь хранящимисяв блоке 1 З,кодами разверток графем, 5блок 4 управления поочередно высвечивает на экране дисплея 6 в увеличен"ном масштабе все графемы, причем лучповторяет обход. знаков образцовоготекста и рисунков тем самым индивиду Оальным стилем, присущим именно этомуконкретному человеку-оператору.В результате того, что операторследит за движением луча, выписывающего графемы на экране дисплея 6, вдинамике пространственно-временнойорганизации микротремора его рукинаряду с шумами и физиологическимиримами (пульс, дыхание) появляютсякорреляты графем, 2 ОПервичные обмотки 17 трех сдвоенных соленоидов 14 (фиг. 2 и 3) трехкоординатного преобразователя 8(фиг, 1) питаются соответственно .каждая своей частотой от генератора 10.Тремор руки человека-оператора вызывает вибрацию шарика 16. Перемещениешарика 16 относительно соленоидов 14вызывает изменения коэффициентовтрансформации между первичной 17 и ЗОвторичной 18 обмотками в каждом из соленоидов 14. Соответственно меняетсяЭДС, наводимая во вторичных обмотках 18 каждого из этих соленоидов 14,Каждая вторичная обмотка 18 подсоединена к своему каналу трехканальногосинхронного детектора 9. Благодаряразным опорным частотам от генератора 10, подаваемым по отдельности вкаждый из каналов синхронного детек-.тора 9, на трех выходах последнеговыделяются огибающие, соответствующиетрем взаимно перпендикулярным составляющим вибрации шарика 16.45Полученные с выхода детектора 9 этитри составляющие движения его рукиусиливаются трехканальным усилите.- лем 2, оцифровываются трехканальныманалого-цифровым преобразователем 3,после чего при помощи блока 4 управле 50ния методом ди нами ческо го фа кторногоанализа из оцифрованных трех компонент динамики пространственно-временной организации микротремора вЫделяются паттерн-коды, Поскольку по времени своего появления эти паттерн-кодысоответствуют предъявляемым на экранедисплей 6 графемам, то в блоке 13 ус55 9 10031 ются постоянным током от стабилизатора питания. Перемещение шарика 16 относительно плоскостей соленоидов 1 М вызывает изменение магнитного потокачерез вторичные обмотки 18 каждого из 5 соленоидов 1 М, что наводит в них ЭДС, которая подается непосредственно на соответствующий вход трехканального усилителя 2. Дальнейшая работа уст,ройства протекает, как было описано 0 выше.Трехкоординатный преобразователь 8 напряжения фиг. 1, Й и 5 ) функционирует следующим образом.На пластины всех трех конденсато ров 19 подается переменное напряжение на каждую пару своей частоты от генератора 10. При изменении положения зондов 21 по отношению к пластинам конденсаторов 19 на каждом из них по-щ являются сигналы, модулированные по амплитуде и фазе в зависимости от положений зондов 21 относительно центра преобразователя 8, Напряжения, снимаемые с зондов 21 через трехканальный 25 синхронный детектор 9, подаются каждое на соответствующий вход трехканального усилителя 2. Дальнецшая работа устройства происходит, как было описано выше. 30На каждую пару пластин всех трехконденсаторов 19 может также подаваться постоянное высокое напряжение, Перемещение каждого зонда 21 относительно пластин 19 вызывает появление 55 сигналов, величина которых зависит от положений зондов 21 относительно центра преобразователя 8. Напряжение, снимаемое с каждого из зондов 21,непосредственйо подается на соответствующий вход трехканального усилителя 2, Дальнейшая работа устройства происходит так, как это было описано выше.Таким образом, благодаря отличительным признакам изобретении в дина мике пространственно-временной органи" зации микротремора руки человека-оператора выявляются иаттерн-коды моторных образов, графики слов, букв и рисунков при оперировании ими в ин 50 теллектуально-мнестических процессах и, тем самым, обеспечивается более быстрое биотехническое управление в системах "гибридного интеллекта" и "человек - техника". Непосредственным практическим применением предлагаемого изобретения является создание на его основе более 30 10 эффективных диалоговых систем, более быстродействующих систем управления,например, авиационными и космическиьв объектае, а также системами, работа" ющими в экстремальных условиях, например в условиях перегрузок.Кроме того, предлагаемое изобретение может быть использовано для конт. роля состояния человека-оператора, а также для исследований в области "искусственного интеллекта" и человеко-мащпнных систем обучения формула изобретения 1, Устройство для оценки психофизиологических характеристик оператора систем управления, содержащее блок управления, соединенный с блоками согласования и регистрации, о т л и" ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройс-ва, оно содержит последовательно включенные генератор, трехкоординатный преобразователь напряжения и синхронный детектор, подключенный к блоку согла" сования и генератору.2., Устройство по п . 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит вычислитеги, подклюценные через коммутатор к блоку памяти, а также к входам и выходам бло"ка,3. Устройстро по и 1, о т л и "ч а ю щ е е с я тем, что блок согла"сования содержит последовательновключенные усилитель и аналого-цифро"вой преобразователь, соединенные свходами и выходами блока соответствен"но,Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что трехкоорди"натный преобразователь напряжениясодержит элемент обратной связи, .связанный с соленоидами,5. Устройство ио и, 1, о т л и "ч а ю щ е е с я тем, что трехкоорди"натный преобразователь напрянения содержит элемент обратной связи, связанный с конденсаторами. 6. Устройство ио п. 1, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что элемент о"обратной связи выполнен в виде шари"ка, соединенного посредством пружинс корпусом преобразователя.Источники информации,принятые во внимание ири экспертизе1, Патент США М 3106371,кл, 2-83, 1961, 112 Бехтерев Н.П. и др. Мозговыекоды психической деятельности. Л.,"Наука", 1977 с. 23"26. 003130123, Авторское свидетельство СССРй 556559, кл. А 61 В 5/1.0 1976 (прототип).Карловра Еорцект Шароши ск оектная,П У Составитель А. Техре 8 М. Кошту Тираж ч 86сударственного к елам изсбретений ва ЖРаушск атент", г. Ужгор Подои сноеомитета СССРи открытийая наб. 8. /5П