Промышленный робот

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1301685 А 1 15 Р 4 В 25 1 9/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Колискор А, Ш. Разработка и исследование промышленных роботов на основе1-координат. в Стан и инструмент, 1982,12, с. 21 - 23, рис. 9.(57) Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в промышленных роботах. Целью изобретения является упрощение системы управления и повышение быстродействия. Для этого измеритель текущих параметров положения конечного звена 5 в пространстве выполнен в виде установленных на конечном звене в трех точках трех ньютонометров 6, первый из которых однокомпонентный, второй двух- компонентный, и третий трехкомпонентный, 3 ил.(3) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в промышленных роботах.Цель изобретения - упрощение системы управления и повышение быстродействия.На фиг, 1 изображена система Р-коор динат; на фиг, 2 - схема промышленного робота; на фиг, 3 - узел 1 на фиг. 2 (укрепленная схема ньютонометра).В промышленном роботе используется измеритель, в котором текущие параметры положения конечного звена в пространстве определяются в Р-координатах. Положение твердого тела1 в пространстве относительно какой-либо системы координат определяется шестью числами. В Р-координатах в качестве таких чисел используются длины Р, Р 2Р 6 шести отрезков, соединяющих тело 1 с неподвижной базой 2 таким образом, что при заданных значениях Р, Р 2Р 6 образуется геометрически неизменяемая структура.Здесь отрезки Рь Р 26 соединяют три, не лежащие на одной прямой, опорные точки А, В, С тела 1. Таким образом, базы 2 с тремя, не лежагцими на одной прямой, опорными точками а, Ь и с тела 1, Таким образом, система. -координат включает две различные группы опорных точек. Опорные точки одной группы принадлежат базе 2, а другой - 25 телу 1.Совокупность текущих значений Р, Р, Р 6 характеризует положение тела 1 относительно базы 2, так как пирамиды аАВС, СаЬс и ЬаВС образуют геометрически неизменяемые фигуры. При этом каждая из шести За Р-координат может изменяться независимо от других, что соответствует определенным положениям тела 1.В Р-координатах уравнения движения свободного твердого тела имеют вид:(2)Р= Г (1); Р)= (3(1), Р 6= Ув)где Р,1 г,".А - проекции скорости точека, Ь, и с теЛа 1 (фиг. 1) на прямые Аа, Ва,Са, ВЬ, СЬ, и Сс соответственно. Дифференцируя по 1 уравнения (2). получаем:Р Р) (1); Р 2= 12 (1), Р 3= 13 (1),Р., Г(1); Р;= 13(1), Р 6= 16(1),где 2 Р 2Р 6 - проекции ускорений точек а, Ь, и с на прямые Аа, Ва, Са, ВЬ, СЬ и Сс соответственно.Таким образом, так как уравнения (1) полностью определяют движение тела 1 в пространстве, они позволяют найти текущее значение скорости и ускорения любой его точки. Интегрируя уравнения (3) и (2), можно прийти к уравнениям (1) при известных начальных условиях. 2Определение значений ускорений точек измерения тела 1 (т. а, Ь и с) в направлениях, обусловленных текущим расположенинием прямых, вдоль которых определяются Р-координаты, полностью определяет движение тела 1.Промышленный робот содержит звенья 3, которые снабжены приводами 4, на конечном звене (схвате) 5 установлен измеритель б его текущего положения в пространстве, выполненный в виде трех ньютонометров, каждый из которых состоит из инерционного элемента 7, связанного с корпусом 8 пружиной 9 известной жесткости.Система Р-координат располагается так, что точки базы 2 (точки А, В и С фиг. 1) рассматриваются связанными с инерционными элементами ньютонометров и расположены в выбранных местах на их осях чувствительности. Опорные точки системы Р-координат, принадлежащие телу 1, совпадают с точками измерения на теле 1, а оси чувствительности ньютонометров проходят вдоль прямых Аа, Ва, Са, ВЬ, СЬ и Сс. Промышленный робот работает следующим образом.Приводы 4 по командам управляющей программы (не показано) перемещают звенья 3. При этом схват 5 движется в пространстве, а его текущие положения определяются измерителем б.В т. 1 установлен трехкомпонентный ньютонометр, в т. 2 - двухкомпонентный, а в т. 3 - однокомпонентный (стрелками показаны направления осей чувствительности ньютонометров). Первые оси чувствительности этих ньютонометров пересекаются в одной точке (т. 3), вторая ось чувствительности трехкомпоненгного ньютонометра и вторая ось чувствительности двухкомпонентного ньютонометра пересекаются в другой точке (т. 2), а третья ось чувствительности трехкомпонентного ньютонометра не пересекает ни одну из осей чувствительности двух других ньютонометров (т. ).Оси чувствительности всех трех ньютонометров находятся не более трех в одной плоскости и не более чем две из них параллельны друг другу, Эти требования обусловлены мгновенной геометрической неизменяемостью структуры Р; координат, которая необходима для определения (описания) положения твердого тела в пространстве с помощью Р-координат (для образования пирамид аАВС, СаЬс и ЬаВС).Ньютонометр работает следующим образом. При движении конечного звена 5 с ускорением инерционный элемент 7, связанный с корпусом 8 пружиной 9 известной жесткости, смещается вдоль оси чувствительности из нейтрального положения, при котором пружина 9 не сжата и не растянута. Величина смещения инерционного элемента 7 определяет ускорение, с которым движется точка схвата 5 (точка измерения), связанная с ньютонометром, в направлении оси его чувствительности. Совокупные показания ньютонометров, расположенных по схеме, 301685показанной на фиг. 2, позволяют полностью определить движение схвата 5 как движение твердого тела в пространстве.Двойное интегрирование значений сигналов ньютонометров дает законы движения (1). При этом начальное положение схвата 5 и его начальная скорость считаются известными. Например, в начале каждого цикла положение схвата 5 определено, а ско ость равна нулю.ассмотрим алгоритм обработки измерительной информации, получаемой от ньютонометров при определении текущих положений схвата 5 в неподвижной системе координат Охуг. Положение схвата 5 определено известными координатами точек а, Ь и с в системе осей Охуг. Также заданы (известны) КОордииатЫ ТОЧЕК А (Хл, ул гл), В (Хв, ув, гв) И С (Хс, ус, гс) В СИСТЕМЕ ОХуг; КоорДИНаТЫ ТОЧЕК а (Ха Улага), Ь (ХЬ УЬ го) И С (Хс, Ус г,) в системе Охуг, связанной с телом, и -кООрдинаты ь 1,1216Определение координат точек а, Ь и с производится последовательно Рассмотрим пирамиду аАВС и составим систему из трех уравнений с тремя неизвестными для определения координат т.а (хуа, г,), выразив 1; как расстояния между двумя точками(Ха - Хл) "+ (Уа - Ул) + (Йа - г,) = 1, (Ха - Хв) + (у - ув) + (га гв) - 12, (Ха - Хс) + (уа - Ус) + (га - г) =1 З.Координаты т. Ь (хь, уь, гь) найдутся из решения системы трех уравнений, отвечающих пирамиде СаЬс, а координаты т. С (х У., гс) - пиРамиды ЬаВС.Для определения в системе Охуг координат некоторой точки тела Кх положение которой задано в системе координат Охуг связанной с телом, нужно рассмотреть пирамиду К;аЬс и составить систему уравнений, аналогичную системе (4): 25( Х 11; - х) 2+ ( ув; - у,) "+ (гв; - г,) -= ( К 1 о) -; (хв; - хь) + (ув; - уь) 2+ (г 1; - гь) = (К,Ь) ";40 (Х 11; - Х,) 2+ (ув, - у,) 2+ (гв; - г,)= (1 Х;С) .Опорные точки базы 2 А, В и С рассматриваются как неподвижные. Ньтонометры установлены на подвижном теле 1 и, следовательно, перемешаются вместе с ним. Это вносит специфику в обработку измеритель ной информации.В начальный момент 1, цикла движения промышленного робота точки А, В и С занимают известное положение в неподвижной системе Охуг, определенное координатами А (хлулгл,), В (хвув, гв,) и С (хсус 50 гс,), известны также начальные значения 110 ь 20, 60Точки а, Ь, и с определены в системе осей Охуг, как и раньше.При движении промышленного робота по заданной программной траектории зада ется некоторый интервал, ь 1, и, считая в пределах этого интервала точки А, В и С неподвижными, дважды интегрируя сигналы ньютонометров по уравнениям (1), определяют значения1+ Ь 11 2+ с12 " 6+ Ь 16, (6)соответствующие времени (1,+ й 1). По указанной методике определяют положение точек,а,Ь и с в системе осей Охуг при значениях 1-координат, т.е. а (ха уа, га), Ь (хы, уи, гь,) и с (х у, г).Затем находят новое положение в системе осей Охуг подвижных опорных точек системы 1-координат, совершающих движение вместе с телом, которые в начальный момент 1, совпадали с точками А, В и С.Для этого используют найденные значения координат точек а, Ь и с в момент 1,+11 и методику применительно к пирамидам СаЬс, ВсаЬ и АВСа при начальных значениях 1-координат 110, 1 1.В результате находят соответствующие значению 1. + Ы 1 положения точек А (хл, ул,гл), В (Ьв, хв,гв 1) и С(хс,чс,гс 1)Затем дается приращение времени ь(, и указанные вычислительные процедуры повто ряются вновь и т.д.Совокупность координат точек а, Ь и с в системе осей Охуг в функции времени характеризует движение схвата промышленного робота в п ростра нст ве.Формула изобретенияПромышленный робот, содержащий основание, кинематически связанные звенья с приводом их перемещения и измеритель текх ших параметров положения конечного звена, отличающийся тем, что, с целью упрощения системы управления и повышения быстродействия, измеритель текущих параметров положения конечного звена выполнен в виде установленных на конечном звене трех ньютономстров (аксельрометров), один из которых однокомпонентный, второй двухкомпонентный и третий трехкомпонент. ный, расположенных таким образом, что 11 срвые оси чувствительност 1 этих ньютонометров пересекаются в одной точке, вторая ось чувствительности трехкомпонентного ньютонометра и вторая ось чувствительности двухкомпонентного ньютонометра пересекаются в другой точке, а треться ось чувствительности трехкомпонентного ньютонометра не пересекает ни одну из осей чувствительности двух других ньютонометров, Причем в одной плоскости расположены не более трех осей чувствительности этих ньютонометров и не более чем две из них параллельны друг другу, при этом измеряющие точки ньютонометров не лежат на одной прямой.РСоставитель Е. Ермолаеведактор В. ПетрашЗаказ 93/8хред . ерес Корректор И. ЭрдейиТираж 954 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР1по делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, . У