Устройство для управления манипулятором

1095130 СПУБ 1/ОО ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОПИС ВТОР СКОМУ СТВ блока сравнения, второй вход которого подключен к входу устройства, авыход - через первый усилитель ичерез последовательно соединенныеблок дифференцирования и второй усилитель к первому и второму входамсумматора соответственно, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности и быстродействияустройства, оно содержит третий усилитель и последовательно соединенныеблоки двойного дифференцирования ичетвертый усилитель, выход которогоподключен к третьему входу сумматора, соединенного выходом через третий усилитель с входом сервопривода,а выход датчика положения подключен входу блния. Р ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Е.М. Карпов и Н.И. Назаров (71) Куйбьппевский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. В.В. Куйбышева(56) 1, Авторское свидетельство СССР й 582960, кл. С 05 В 11/00, 1976.2. Пол Р. Моделирование, планирование траекторий н управление движением робота манипулятора. М., "Наука", 1976, с. 61, 62 (прототип), (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРОМ, содержащее сервопривод, связанный через исполнитель" ный механизм с датчиком положения, соединенным выходом с первым входом оиного дифференцнро 109511Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при . создании устройств управления манипулятором.Известны устройства для управления манипулятором, содержащие сумматоры, приводы, датчики положения и вычислительный блок 1"13.Однако данные устройства характеризуются сложностью конструкции. 10Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее сервопривод, связанный через исполнительный механизм с датчиком положения, соединенным выходом с первым входом 15 блока сравнения, второй вход которого подключен к входу устройства, а выход - через первый усилитель и через последовательно соединенные блок дифференцирования и второй усилитель 20 к первому и второму входам сумматора Г 23.Известное устройство характеризуется значительной динамической ошибкой позиционирования, которая зависит от 25 эффективного момента инерции и внешнего возмущающего момента. Для большинства манипуляторов значение эффективного момента инерции может меняться на порядок при изменении конфигура- ЗО ции, что приводит к значительным динамическим ошибкам и низкому быстродействию устройства, обусловленному длительным переходным процессом,Целью изобретения является повыше- З 5 ние точности и быстродействия устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее сервопривод, связанный через исполнительный механизм с датчиком положения, соединенным выходом с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к входу устройства, а выход - через первый усилитель и через последовательно соединенные блок дифференцирования и второй усилитель, к первому и второму входам сумматора соответственно, дополнительно введены третий усилитель и последовательно соединенные блок двойного дифференцирования и четвертый усилитель, выход которого подключен к третьему вхрду сумматора, соединенного выходом через третий усилитель с вхоцом серво привода, а выход датчика положения подключен к входу блока двойного дифференцирования. 30На чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый усилители 1,2,3 и 4 соответственно, сервопривод 5, исполнительный механизм 6, датчик 7 положения, блок 8 сравнения, блок 9 двойного дифференцирования, блок 10 дифференцирования, сумматор 11.Устройство работает следующим образом.На выходе бпока 8 сравнения формируется сигнал ошибки положения, равный разности входного сигнала и текущего сигнала положения, поступающего с датчика положения, сигнал ошибки по скорости находится в результате дифференцирования сигнала ошибки положения блоком 10. Полученные сигналы усиливаются усилителями 1 и 2, суммируются сумматором 11 и после усиления усилителя 3 поступают на вход сервопривода 5, Сервопривод 5 вращает звено механизма 6 шарнирного манипулятора, с которым механически связан датчик 7. В этой части устройства реализуется преобразование входного сигнала и его скоростной составляющей в управляющий механический момент, приводящий во вращательное движение звено манипулятора, и за счет ,сигналов отрицательной обратной связи по положению и скорости звена, устанавливающий звено в положение, соответствующее значению входного сигнала. Однако с управляющим механическим моментом; действующим на звено, суммируется внешний изменяющийся возмущающий механический момент от действия сил тяжести данного и последующего звеньев манипулятора. Кроме того, эффективный момент инерции звена также существенно меняется при изменении текущей конфигурации звена. Для снижения влияния указанных факторов на процесс движения и удержания в заданном положении звена манипулятора сигнал датчика дифференцируется и выходной сигнал блока 9 является мерой результирующего механического момента, действующего на исполнительный механизм, Этот сигнал после усиления усилителем сравнивается в блоке 11 с обусловленными входным сигналом электрическими сигналами, формирующими собственно управляющий механический момент, а результат сравнения после усиления усилителем 3 поступает на вход сервопривода 5, Такая коррекВ устреличины Составитель Г Техред М,Кузык оваК Бандур Редакто ктор О. Бил Тираж 842 сударственного ко м изобретений и о ва, Ж, Раушска Подпимитета СССРкрытийнаб., д. 4/ аказ 3595/28 ВНИИПИ по де 113035, Мое город, ул. Проектная,П "Патент 1 3 10951 ция при условии достаточно большого значения коэффициента усиления усилителя 3 соответствует жесткой отрицательной обратной связи по результирующему механическому, моменту, действующему на звено, при условии постоянства значения эффективного момента инерции. В результате точность и быстродействие устройства увеличиваются,. что вытекает из математического 10 сравнения.Блоки устройства имеют следуняцие передаточные функции в изображениях по Лапласу. Усилители 1 - 4 имеют коэффициенты усиления соответственно Кд Ку, К, К . Блоки 7 и 11 имеют коэффициенты передачи, равные 1.Сер" вопривод 5 осуществляет линейное преобразование электрического сигнала в механический вращающий момент, 10 Коэффициент передачи сервопривода равен 1 и не зависит от скорости вращения звена, так как он выполняется на электродвигателе, питаемом преобразователем напряжения - ток, либо 25 на электродвигателе, питаемом усилителем напряжения с соответствующей положительной обратной связью по выходной скорости вращения, которая компенсирует влияние скоростной про- ЗО тиво-ЭДС электродвигателя. Передаточная функция исполнительного органа равна 1/МБ, а блоков 10 и 9 соответственно Я и У . На входе блока 8 сравнения имеет место сигнал ошибки Е(8), равный разности входного сигнала К(8) и выходного сигнала. С выходным 30 4 сигналом блока суммируется внешний возмущающий момент Т(Я). Для предла- гаемого устройства выражения для иэображения динамической ошибки Е(Б), критического коэффициента демпфирования К и статической ошибки Е имеют следующий вид:Р",) И 1-.э 1+ (Э/К+К)52+ЭХ + КТЯ 14 к+к )э +вк +к1 Т )К = 2 (2/К+ К)К Е = - ,е тве-прототипе названньют вид2 К т 2 3 К,Е = Т/КИз сравнения приведенных выражений следует, что влияние эффективного момента инерции - М и внешнего возмущающего момента Т(3), а значит и изменяющейся конфигурации на динамические характеристики в предлагаемом устройстве уменьшилось в К раз, что приводит к снижению динамических ошибок и времени переходного процесса. Статистическая ошибка Е уменьшилась в К раз без ухудшения динамических характеристик.Применение изобретения позволит повысить точность и быстродействие устройства.