Устройство для управления манипулятором

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРКОМУ ВИДЕИЗЬСВУ Союз СоветскихСоциалистическикРеспублик н 1991367(22) Заявлено 1611.81 (2 ) 3351858/18-24 6 05 В 11/00 В 25 4 13/00 с присоединением заявки Ио Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытийОпубликовано 23 Р 183, Бюллетень И 3 Дата опубликования описания 2301,83(72) Авторы Е.М Карпов и Н. И. На изобретения Куйбышевский ордена Трудо политехнический институ 1 Заявите(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОР является уп тродействия 5 элеме ключ ом по и, а ключаИзобретение относится к робото:технике и может быть использованопри создании устройств для управления малоскоростными уравновешеннымиманипуляторами,Известно устройство для управления манипулятором, содержащее задатчик, сумматор, блок коррекции, усилитель, привод, исполнительный меха" щнизм и датчик положения 1,Однако устройство не решает задачи управления объектами с переменныммоментом инерцииНаиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее последовательно соединенные первый,дифференцнатор, первый усилитель и привод, связанный через исполнительный механизм с датчиком положения, выход которого черезпоследовательно подключенные первыйсумматор и второй усилитель соединенс входом привода 2 .Недостатком известного устройстваявляется сложность, обусловленная 25сложностью вычислительной машины,входящей в его состав . Кроме того., в про цессе отработки входного сигнала имеютместо непрерывные переходные процессы, на подавление которых тратится ЗО дополнительное время, снижающее быстродействие.Целью изобретения рощение и повышение быс устройства.Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит источник опорного сигнала, первый и второй ключи и последовательно соединенные пульт управления, третий ключ, блок памяти, второй сумматор, третий усилитель и четвертый ключ, последовательно подключенные элемент И, второй дифференциатор, однополупериодный выпрямитель и ждущий мультивибратор, а так же последовательно соединенные квадратор и блок деления, второй вход которого подключен к выходу источника опорного сигнала, а выход -к второму входу второго усилителя, первый вход элемента И соединен с выходом датчика положения, второй вход - с первым выходом пульта управления и вторым входом второго сумматора, а выход - с входом пульта управления и нта НЕ, с первым входом первого а и второго ключа, вторым вход дключенного к выходу блока памят выходом - к выходу четвертого и к второму входупервого сумматора, выход которогосоединен с вторым входом первого клю-ча, выходом подключенного к входупервого дифференциатора, выход элемента НЕ соединен с вторым входомчетвертого ключа, выход ждущего мультивибратора подключен к второму входугретьего ключа, а второй выход пульа управления соединен с входом квадратора.На чертеже представлена функцио- Щнальная схема устройства.Схема содержит привод 1, первыйи второй усилители 2 и 3 соответственно, исполнительный механизм 4,первый 5 и второй б дифференциаторы, )5датчик 7 положения, первый 8, второй9, третий 10 и четвертый 11 ключипервый сумматор 12, третий усилитель 13, источник 14 опорного сигнала, блок 15 деления, квадратор 16,блок 17 памяти, элемент И 18, второйсумматор 19, однополупериодный выпря-.митель 20, ждущий мультивибратор 21,элемент НЕ 22, пульт 23 управления.Устройство работает сдедующим образом,Для перевода исполнительного оргайа манипулятора из текущего положенияв целевоеза время Т вычислительная машина должна по введенным указанным, параметрам выработать входной управляющий сигнал й(С)видай (М = Ь- (Ь -) 1+ Ы п - - - д, О11221 гДДействующий на входе привода 1электрический сигнал преобразуетсяв механический вращающий момент М,приводящий звено исполнительного ме.ханизма 4 малоскоростного уравновешенного шарнирного манипулятора,вовращательное движение, которое описывается линейным дифференциальнымуравнением где Э - приведенный момент инерциизвена манипулятора.В начале на первом выходе пульта 23 управления действует задающий входной сигнал В(г) =. Звено манипулятора при этом повернуто на такой угол, что соответствующий ему выходной сигнал 9(й) =. Эти два равных сигнала поступают на входы элемента И 18, на выходе которого при этом имеет место сигнал совпадения, под действием которого ключи 8 и 9 открыты, а ключи 10 й 11 закри О ты, При этом в схеме реализуется отрицательная обратная связь по ошибке положения и демпфирование по ошибке скорости. На второй вход первого: сумматора 12 через открытый ключ 9 65 поступает с блока 17 памяти запомненный ранее входной сигнал В(й) При этом звено неподвижно и удерживается в положении . Сигнал совпадения с выхода элемента И 18 поступает также на вход пульта 23, индицируя равенство текущего положения звена положению, задаваемому с пульта 23 управления, и давая тем самым разрешение на задание следующЕго целевого положения. При задании нового целевого входного сигналас первого выхода пульта 23 управления этот сигнал поступает на первый вход элемента И 18, на втором входе которого продолжает действовать сигнал На выходе элемента И 18 сигнал совпадения сменяется на сигнал несовпадения, в результате чего под действием ,его ключи 8 и 9 закрываются, а ключ 11 открывается, Сигналс пульта 23 управления и сигнал Ь с блока 17 памяти суммируются:; з сумматоре 19 и усиливаются масштабирующим усилителем 13 с коэффициентом усиления,равным 0,5, после чего на втором входе первого сумматора 12 сигналравен(,+ .2И)=Сигнал жес блока 17 памяти на вход сумматора 12 не поступает,так как ключ 9 закрыт. Закрытие ключа 8 переводит работу схемы в целом в автоколебательный режим, Движение звена при такой структуре схемы управления описывается на основе (2) линейным дифференциальным уравнением+ е=е М Й 8(ь 1 И Изображение по Лапласу решения уравнения (3) с учетом ненулевого на чального положенияимеет виде 1йр) О )+, (41р+ фе р+фе(р 1- Преобразованное по таблице обрат-, ных преобразований Лапласа выражение (4) принимает видВЮ Ь 1 ФЬД.е 1 те ,оэ е.1 ФВыражение (5) полностью совпадает с выражением (1), т.е, устройство посредством перестроения структуры сервосистемы автоматически перемещает за указанное время Т по оптимальной траектории (1 ) плавно, без рывка и удара, звено в заданное целевое положение )., причем предварительного расчета согласно имеющимся величинам ). ). ь и генерирования сложного (1 ) входного сигнала не требуется. 10 Время с достижения целевого положения (.2 задается в устройстве одновре- менно с заданием положенияпосредством установки соответствующего коэффициента усиления усилителя 3, Как 15 следует из (6) коэффициент усиления К, соответствующий времени , ра- вен Л , (7). 202Сигнал заданного временипоступает с второго выхода пульта 23 управления на вход квадратора 16,с выхода которого сигнал значением Тпо- .2 ступает на первый вход блока 15 деления, на второй вход которого с ис-, точника 14 опорного сигнала поступает сигнал, значение которого равно 33, Выходной сигнал блока 15 деле- ЗО ,ния, равный (7), поступает на управляющий,вход усилителя 3, в результате чего коэффициент усиления усилителя 3 становится равным (7 ), обеспечивая тем саым достижение исполни- Э 5 тельным механизмом целевого положения 4 за заданное время Т . В момент достижения . заданного положениясигнал на втором входе элемента И 18 станет равными будет 4 О равен сигналуна первом входе элемента И 18, поступающему с первого выхода пульта 23 управления, На выходе элемента И 18 появится сигнал совпадения, который дифференцируется 45 дифференциатором б и выпрямляется однополупериодным выпрямителем 20, что позволяет сформировать из переднего фронта сигнала совпадения управляющий импульс, Этот импульс запускает ждущий мультивибратор 21, выходной сигнал которого на короткое время открывает ключ 10, и в блоке 17 памяти записывается заданный сигнал ).,Одновременно сигнал совпадения поступает на вход пульта 23 управления, индицируя достижение звеном заданного положения, а также открывает ключи 8 и 9 и через элемент НЕ 22 закрывает ключ 11. Тем самым в устройство вновь вводится демпфирование по ошибке .скорости, а на втором входе сумматора 12 действует заданный сигнал 2. Звено манипулятора в результате этого удерживается в достигнутом целевом положении , б 5 Применение изобретения позволитупростить устройство за счет исключения из его состава сложной цифровойвычислительной машины. Одновременноповышается быстродействие устройства,так как при достижении целевого положения по оптимальной траекториине тратится время, как ранее, на подавление переходных процессов, а длядвижения по оптимальной траекториинепосредственно используется сам переи"ходный процесс определенного вида, сформированный посредством соответствующихперестроений структуры устройства.Формула изобретенияУстройство для управления манинулятором, содержащее последовательносоединенные первый дифференциатор,первый усилитель и привод, связанный через испопительный механизмс датчиком положения, выход которогочерез последовательно подключенныепервый сумматор и второй усилительсоединен с входом привода, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюупрощения и повышения быстродействияустройства, оно содержит источникопорного сигнала, первый и второйключи и последовательно соединенныепульт управления, третий ключ, блокпамяти, второй сумматор, третий усилитель и четвертый ключ, последовательно подключенные элемент И, второй дифференциатор, однополупериодный выпрямитель и ждущий мультивибратор, а такжепоследовательно соединенные квадратор и блок деления,второй вход которого подключен к выходу источника опорного сигнала, авыход - к второму входу второго убилителя, первый вход элемента И соединен с выходом датчика положения,второй вход - с первым выходом пультауправления и вторым входом второгосумматора, а выход - с входом пультауправления и элемента НЕ, с первымвходом первого ключа и второго ключа,вторым входом подключенного к выходублока памяти, а выходом - к выходучетвертого ключа и к второму входупервого сумматора, выход которогосоединен с вторым входом первого ключа, выходом подключенного к входу первого дифференциатора, выход элементаНЕ соединен,с вторым входом четвертого ключа, выход ждущего мультивибратора подключен к второму входу третьего ключа, а второй выход пульта управления соединен с входом квадратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Техническая кибернетика. Подред. В,В, Солодовникова. М., "Машиностроением, 1967, с. 54,2. Пол Р. МоделированиЕ, планирование траекторий и управление движением робота-манипулятора. М , "Науками,1976, с, 62 (прототип).