Устройство компенсации статических моментов

11 56657 ОПИС ИЗОБР Сане оееетскнк Юоклелиетнческнх Рееоублнк(51) М, Кл.з В 253 3/04 Государственный комитет Совета Министров СССР ло делам изобретенийн открытий(54) УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ СТАТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ Изобретение относится к области машиностроения, а именно к дистанционным копирующим манипуляторам.Известно устройство компенсации статических моментов дистанционного копирующего 5 манипулятора, в котором статические моменты последовательно соединенных цилиндрическими шарнирами звеньев предплечья и плеча компенсируются сигналами управления приводами, подаваемыми акселерометрами 10 ЮНедостатком указанного устройства является низкая точность компенсации статических моментов в манипуляторах, плоскость звеньев которых имеет отклонение от вертикальной плоскости, что ограничивает диапазон углов поворота звеньев манипулятора.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство компенсации очувствленного дистанцион ного копирующего манипулятора, в котором компенсации статических моментов звеньев, плоскость которых имеет отклонение от вертикальной плоскости, производятся с помощью синусно-косинусных вращающихся трансформаторов и потенциометрических акселерометров. На крестовине кардана установлены два потенциометрических акселерометра, а на звене плеча установлены два синусно-косинусных вращающихся трансформа тора, ориентированных по звеньям и кинематпчески с ними связанных 21.Недостаток указанного устройства заключается в сложенности конструкции вследствие кинем атической связи синусно-косинусных трансформаторов со звеном предплечья и с крестовиной кардана и в низкой точности компенсации статических моментов.Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности компенсации статических моментов при отклонении плоскости качания звеньев от вертикальной плоскости.Указанная цель достигается тем, что один из акселерометров установлен на корпусе, а его ось чувствительности размещена параллельно одной из осей карданного шарнира; три акселерометра - на плече, ось чувствительности первого из которых параллельна второй оси карданного шарнира, второго перпендикулярна плоскости, проходящей через оси плеча и карданного шарнира, а третьего параллельна оси плеча; два акселерометра установлены на предплечии, ось чувствительности одного из которых перпендикулярна плоскости, проходящей через оси звена и шарнира предплечья, а другого параллельна оси предплечья.Такое выполнение устройства компенсации обеспечивает введение в вычислительное устройство формирующих сигналов, пропорциональных статическим моментам в степенях подвижности манипулятора, что упрощает конструкцию и позволяет увеличить обслуживаемое пространство путем повышения точности компенсации статических моментов при отклонении плоскости качания звеньев от вертикальной плоскости.На чертеже показана кинематическая схема дистанционного копирующего манипулятора с устройством компенсации статических моментов.Устройство компенсации статических моментов смонтировано на манипуляторе, состоящем из корпуса 1, плеча 2, предплечья 3, кисти 4, захвата 5 и имеющем следующие степени подвижности: качание звеньев манипулятора КМ; качание плеча КПл, качание предплечья КПр, ротация кисти РК; качание кисти КК; ротация захвата РЗ и перемещение 3 губок захвата 5. Кисть 4 изахват 5 являются конструктивно уравновешенными относительно осей подвижности, а массы звеньев плеча 2 и предплечья 3 создают статические моменты относительно осей КМ, КПл и КПр.Устройство компенсации статических моментов содержит акселерометры, установленные и ориентированные по звеньям; А - на основании 1 с осью чувствительности, параллельной КМ; А 2 - на плече 2 с осью чувствительности, параллельной КП; Аз - на плече 2 с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось плеча 2 и ось КПл; А 4 - на плече 2 с осью чувствительности, параллельной оси плеча 2; А; - на предплечье 3 с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось предплечья 3 и ось КПр; А, - на предплечьи 3 с осью чувствительности, параллельной оси предплечья 3.Устройство компенсации статических моментов работает следующим образом,При повороте плеча 2 и предплечья 3 относительно осей подвижности КМ, КП., и КПр моменты от массы конструкции манипулятора относительно осей КП., и КПр описываются выражениями:+ 1-пр1 прЗ 1 П "прСОВ акм- 6 р( рЗ 1 Па рСОЗАкселерометры А А 2, Ал, А вырабатывают сигналы, пропорциональные составляющим ускорениям свободного падения, направленным по осям чувствительности акселерометров:У, =У, З 1 Пад СОЗа У, = У, з 1 п ак; У, = У, з 1 папл созакм;- У)81 П апрСОЗ акмК У+КУ У р - К Уву30где К и К 2 - масштабные коэффициенты, которые выбираются пз условия: К)Ул - пр 1 прКлУл: -пллл + 1- и р1. пл 35 Статический момент от массы конструкцииманипулятора относительно оси КМ при повороте плеча и предплечья от;1 осительно осей 40 К,д, КПл и КП описывается выражением:Мкм - З 1 П акм 1 СОЗ ад пр СОВ апр +, , З 1 П аплс 1 тоб)ы получить алгоритмы вычисленияСигнала КО.ПЕНсаци:1, СООТВЕТСТВуЮщЕГО Мпм, 50 зап 1 шсм си 1 усныс и косинусеые Выра)кения Вформуле Млм через значения сигналов акселерометров А 12, Лз, А. Уд1 - Ц,/ Ц 2 у 2СОЗ ад --где акм - угол между осью Е и ее проекциейна плоскость звеньев манипулятора;ад - угол между осью качания манипу лятора и осью Х;а,р - угол между осью предплечья ипроекцией оси У на плоскость звеньев манипулятора;апл - угол между плечом и проекцией 1 О оси Л на плоскость звеньев манипулятора;бпр - масса предплечья;бпл - масса плеча;Гпр - расстояние от центра тяжести пред плечья до оси качания предплечья;арпа - расстояние от центра тяжести плеча до оси качания плеча;Епл - длина плеча.Чтобы сформировать сигнал компенсации, 20 соответствующий Мппл, необходимо сложитьсигналы /з и .,5, а для формирования сигнала компенсации, соответствующего Мпр, необходимо использовать сигнал .1, т. е. вычислительное устройстВО дОлжнО реализоВать Вы исления;1 Т - : Л1 - Ц,У;Пр,/ 122 52 2сов р =1 - Ц 22 сов л, = Тогда алгоритм вычисления сигнала компенсации, соответствующего Мимеет вид:ву - Я 1 Р 1 1 ь +1 - С 2 - Ы 1 Х 2 Х 1 - Ц 1 - Ц,+К,Р, ,+1 - У 2 - У Ъ 1 - У 2 - Уг), 2 2 1/ 2 2 2 Зи /1 у 2 сов , = 2 5 сов р -используемые в указанном алгоритме, справедливы только для диапазона углов (л/2, так как при углах )л/2 косинусы должны иметь отрицательные значения, а приведенные формулы соответствуют только положительным значениям косинусов,Поэтому для расширения зоны обслуживания манипулятора на плече и предплечье установлены два дополнительных акселерометра, которые вырабатывают сигналы:У 4 У 4 СОЗ ЯП 4 СОЯ 2 кц 1 У - Усоз лпрсоз Этот алгоритм позволяет вычислять значения компенсирующего сигнала в пределах углов Якм, сснпл, фнпр От 0 ДО л/2.При выполнении манипулятором типовых рабочих операций (например, подъем и перенос груза) угол а, обычно не превышает значения й/2, угол сп превышает значение л/2 только при наличии угла дифферента, а угол апр может принимать значения большие л/2 независимо от угла дифферента.Приведенный выше алгоритм вычисления компенсирующего сигнала, соответствующего М при значениях углов ап и акр)л/2 дает неверный результат вследствие того, что фор- мулыЭти выражения позволяют определять значения косинусов в диапазоне углов аул и апр от О до л.Алгоритм вычисления сигнала компенсации, соответствующего М 4, при использовании двух дополнительных акселерометров имеет вид: цв", =, К У, + 1 - 220 Формула изобретения Источники информации, принятые во вни.мание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 330950,кч. В 233 3/04, 1970.55 2. Авторское свидетельство СССР448950,кл. В 251 3/04, 1973. Устройство компенсации статических моментов, например, дистанционного копирующего манипулятора, содержащее корпус и последовательно соединенные цилиндрическиЗ 0 ми шарнирами звенья предплечья и плеча,связанные с корпусом карданным шарниром и снабженные ориентированными по звеньям акселерометрами, соединенными с системой управления, отличающееся тем, что, с З 5 целью повышения точности компенсации моментов, один из акселерометров установлен на корпусе, а его ось чувствительности размещена параллельно одной из осей карданного шарнира, три акселерометра - на плече, ось 40 чувствительности первого из которых параллельна второй оси карданного шарнира, второго перпендикулярна плоскости, проходящей через оси плеча и карданного шарнира, а третьего параллельна оси плеча, два акселерометра установлены на предплечьи, ось чувствительности одного из которых перпендикулярна плоскости, проходящей через оси звена и шарнира предплечья, а другого параллельна оси предплечья.50561657 Составитель В. ПавловРедактор Н, Аристова Техред М. Семенов Коррект ин Подписно 130инистров С аз 2100/5ЦНИИ пография, по. Сапунова, 2 Изд.603 Государственного к по делам изобр 13035, Москва, Ж