Устройство для управления приводом манипулятора

СОЮЗ СОНЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01496 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТО юл. 9 2чный полКуй бьппеВ. Ф. Фил(088.8) техническни ет льство СССР 1/28, 1972. ид5 РИВОУПРАВЛЕ роботовано пр относится быть испольв манипул я являетс лучшени стройст манипулятора. 2 и теристик отехри функа фи ыи су выпря ения,. втоок 6, вто 8, датчикения,задатчикр 13, треМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретенитехнике и можетсоздании приводЦелью изобретендинамических ха Изобретение относится к робот нике и может быть использовано п создании приводов манипуляторов.Целью изобретения является улучшение динамических характеристик устройства за счет исключения изменений параметров привода, обусловленных взаимовлиянием степеней подвижности манипулятора,На фиг. 1 пр на циональн я схема устр н г. 2 кинематическая схема.Устройство содержит пертор 1, первый усилитель 2,тель 3, первый блок 4 умножрой сумматор 5, релейный блрой усилитель 7, двигатель9 скорости, датчик 10 полотретий сумматор 11, первый12 сигнала, первьп квадрат 51) 4 В 25 .1 13/00, 9/1 ва, Устройство содержит последовательно соединенные сумматор, первый усилитель, выпрямитель, первый блок умножения, второй усилитель, двигатель,на выходном валу которого находятсядатчики положения и скорости. В состав устройства входят также соответствующим образом соединенные сумматоры, релейный блок, задатчики сигнала,усилители, блоки умножения и деления,квадраторы, функциональные преобразователи. В процессе перемещения рукой манипулятора какого-либо грузаустройство позволяет компенсироватьизменения параметров и воздействияот взаимовлияния степеней подвижностий усилитель 14, четвертый сумматор Б15, второй блок 16 умножения, четвертый усилитель 17, третий блок 18 умножения, пятый усилитель 19, блок20 деления, пятый сумматор 21, чет-:.вертьп блок 22 умножения, второй Ффквадратор 23, пятый блок 24 умноже-ния, второй задатчик 25 сигнала, шес- ЯРтой сумматор 26, шестой усилитель 27. (седьмой усилитель 28, шестой блок29 умножения, восьмой усилитель 30,седьмой сумматор 31, третий задатчик 32 сигнала, первьп функциональный преобразователь 33, седьмойблок 34 умножения, девятый усилитель35, восьмой сумматор 36, второйфункциональный преобразователь 37,девятый сумматор 38, четвертый задатчик 39 сигнала, пятьп задатчик40 сигнала.(4) коэффициент передачи двигателя по скорости; его постоянная времени. Т =К (Н+.1) /(ттК, +К К ) На фиг. 2 указаны Ч т Ч Чвобобщенные координаты; пт,. - массазахваченного груза; 1 з - исходноерасстояние от центра масс горизон 5тальцого звена до среднеи точки схвата; 1 - исходное расстояние от осивращения горизонтального звена досредней точки схвата.Устройство работает следующимобразом.Исполнительный орган манипулятораимеет три степени подвижности: вокруг вертикальной оси (обобщеннаякоордината Ч ), вертикальное перемеЩение (обобщеццаЯ кооРдината Чз),и горизонтальные перемещения (обобщеннаЯ кооРдината Чз),Моментные характеристики привода,управляющего координатой Чсущественно завислт от кооРДинат с 1 З иЧ . Запишем уравнение динамики привода поворота, Для этого воспользуемся уравнением Лагранжа 2-го рода,Кинетическая энергия Т движущихся 25масс исполнительного органа приЧ = сопз может быть представленав виде можно записать, что моментное воздействие на привод поворота имеетвид= ш (1 з+ Чз) +Ч з + 13) + з + ТифЧ ) = 2(шз(1 з + Ч ) + 4"Чз+ зЧз Учитывая соотношения (1) и .(2), исполнительнытт двигатель постоянного тока с независимым возбуждением дос таточно точно можно описать передаточной функцией( ) (ККЬ/К т) ( ) 3 р (К (й+1)/(ттК +К К)р+1 где К - моментный коэффициент двига, мтеля;Кс - коэффициент противо-ЭДС; момент инерции вертикального звена исполнительногооргана массой тп относительно продольной оси;момент инерции горизонтального звена исполнительногооргана массой и з относительно поперечной оси, проходящей через центр масс;момент инерции ротора двигателя и вращающихся частейредуктора;исходное расстояние от осивращения горизонтальногозвена до его центра масс(пРи Чз = 0);расстояние от центра массгоризонтального звена досредней точки схвата;масса захваченного груза. К - активное сопротивление цепи5якоря;р - символ дифференцирования. Для большего удобства передаточнуюфункцию перепишем в виде Соотношения (3) и (4) справедливы для двигателей постоянного тока с достаточно малой электрической постоянной времени, что имеет место длябольшинства современных исполнительных двигателей.(5) Е= сЕ,20 6) гт 40 45 2 К нения (5 й режим,т мат ар ажения 21, умножаа сигнал тп+ 1 усил К Ко Е(Е) = Я( на.п ом лителе сйгнал м 27, В р сумматор+ 1 ф+ 1. вдвое усилит шестом блоке Чз, снимаемьп зонтальногоезульта 26 ате вьгсодноираве щз(ЧЗ+Этот сигнал,лем 23, умнож29 умноженияс датчика сквена матптпуля 3)уси- анаоросьная скоо скользядостигает 5 лени ся в гнал гор с Кте (7), т.е.ажению (7). При ненулевых начальных условиях или при подаче задающего сигналя в рассматриваемой системе возникает скользящий процесс. за счет смены структуры с колебательной устойчивой на апериодическую неустойчивую, Для второй структуры существует вырож-. денное движение, определяемое отрицательным вещественным корнем Лп характеристическогоуравнения. Скользящий режим возтттткает и будет возникать, если наклон линии переключения с ъЛ, Изменение структуры системы происходит при переключении релейного блока 6. Уравнение линии переключения имеет вид где Е, Я - сигнал рассогласованияи его производная;С=-К,/К - наклон линии переключения;К, - каэффиттттецт передачипервого усилителя 2;К - коэффициент передачи поцепи скоростной обратнойсвязи, определяемьпт величиной сигнала напервом входе блока 22умноженияКорень характеристического уравнения Ь определяется из формулы где К - коэффициент передачи второ го усилителя 7,С учетом (6) условие"возникновения и существования скользящего реима можно записать в виде: Поскольку решение ур описывающего скользявид то при К = сопзг. максималрость затухания монотонно о переходного процесса при минимальном значени влетворяющем выражению вычислении К с по выр10 25 30 35 Одттако для тога, чтобы в праттсссеработы цз-за разного рада погрешностей це праттзошто срьттза скользящего режима, фактическое зцачсцце К,должно несколько (ца 5-207) превышать зцачеттте, вычисленное па правойчасти отношения (7) . Бепцчттца запаса, котарьпт цужца вттестц пля Кпопределяется точностью втт тттслеттттт,зависящей от выбраццай элементнойбазы и тачцастц используемых в системе датчиков. Чем вьтттте точность,тем меньшим может блггь вьтбрац запас.В рассматриваемой системе с переменной структурой для управления приводом робота параметрь Т , Е зависят от координат 1 З, т , а гакжезот массы груза в схвате, поэтомудля оргацизациц скользящет а режиманеобходимо непрерывна подстраиватьК в соответствии с соотношением (7),Форлтровацие сигнала, определяющего К , осуществляется следующимобразом,Вьгтисленная в сумматоре 11 суммасигнала сэ, измеряемого датчикомположения горизонтального звена ма+нипулятора, и сигнала 1 , поступающего с задатчика 12, через первыйквадратор 13 и усилитель 14, имеющийкоэффициент передачи щ з, подаетсяна сумматор 15. Этот же суммарный .сигнал 1 з + 1 з складывается в сумматоре 21 с сигналом 1 З, поступающим с задатчика 32, и через второй квадратор 23 подается на блок 2 умножения, где он умножается ца сигнал датчика массы схвата, соответствующий массе груза щ,и складываетсв сумматоре 15 с сигналом щ (1+ ти сигналом 1 з + 1 л, + 1, поступающимс выхода задатчика 25, В результатена выходе сумматора 15 получаетсясигнал, равный тп (1 + с 1 з)++ 1 + 1 з сум ь в блоке 16 умно суммируется с сиг нцым в щз раз уси 149699930 ра. Таким образом, ца выходе блока 29 умножения формируется сигнал Ь, который после усилеция в усилителе 30 в Б./К, раз и сложения ц сумматоре 31 с сигцалом Кпоступающим с задатчика5 39, подается ца вход первого функционального преобразователя 33 реализующего вычисление зависимости Г,у(х) =х . Поэтому ца выходе первого10 функционального преобразователя 33 сигнал имеет вцц (К,+Н Ь/К,) , т,е, К. На этот сигнал в блоке 18 умножения умножается сигнал Н + 1, предварительно усилеццый в В./К раз уси лителем 17, Таким образом, выходной сигнал блока 13 умцокенця определяется как к (1411) /(1( К, ) =К(Н+Т) / /(К, (Кь+В. 1 ь/К ) )Т,. Далее сигнал Т, усиленный в 2 К раз усилителем 19, поступает ца блок 20 деления и ца усилитель 35, имеющий коэффициент передачи 2 К Быхоццой сигнал усилителя 35, имеющий Вид 4 ККТ,р, умцожаясь в блоке 34 умножения на сигнал Ки складываясь с единичным сигналом, поступающим с зацатчика 40, подается на вход второго функционального преобразователя 37, реализующего вычисление зависимости Г(х) =х. Выходной сигнал второго функционального преобразователя 37, складываясь с единичным сигналом, поступаюпПм с зддатчика 0, подается на блок 20 деления, Б результате на выходе блока 20 деления в соответст 35 вци с формулой (7) формируется сигнал 2 К,Т/(1+Т + 4 Т К КК), поступающий ца вход блока 22 умнокения, который включен в цепь скоростной обратной связи и поэтому определяет коэффициент обратной связи по скорости, Для того чтобы обеспечить упомянутый выше запас по К , коэффициент передачи по второму входу сумматора 5 устанавливается равным 1,05-1,2,45 Б этом случае согласно (7) возникает и существует скользящий режим работы, Поэтому переходный процесс имеет монотонный характер, время его протекания в среднем становится сущест венцо меньше. Формула изобретения устройство для управления приво 55 дом манипулятора, содержащее последовательно соединенцьп 4 первьп сумма-. тор, первый усилитель, выпрямитель, первьп блок умножения, второй усилитель и двигатель, связанный с датчиком скорости и датчиком положения,выход которого подключен к второмувходу первого сумматора, соединенного вторым входом с первым входомустройства, а выход первого усилите -ля через последовательно подключенные второй сумматор и релейньпйблок соединен с вторым входом первого блока умножения, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик, внего введены пять задатчиков сигна -ла, второй блок умножения и последовательно соединенные третий сумматор,первый квадратор, третий усилитель,четвертый сумматор, четвертый усилитель, третий блок умножеция, пятыйусилитель, блок деления и четвертыйблок умножения, последовательно под -ключецные пятый сумматор, второйквадратор и пятый блок умножения,последовательно соединенные шестойусилитель, шестой сумматор, седьмойусилитель, пятый блок умножения,восьмой усилитель, седьмой сумматори первый функциональный преобразователь, а также последовательно подключенные девятый усилитель, шестойблок умножения, восьмой сумматор,второй функциональный преобразовательи девятый сумматор, второй вход которого соединен с вторым входомвосьмого сумматора.и выходом пятогозадатчика сигнала, а выход - с вторымвходом блока деления, подключенногопервым входом к входу девятого усилителя, первый вход третьего сумматора соединен с выходом первого задатчика сигнала, второй вход - с вторымвходом устройства, а выход - с первым входом пятого сумматора, второйвход которого подключен к выходутретьего задатчика сигнала, а выход - к первому входу второго блокаумножения, соединенного выходом свторым входом шестого сумматора, авторым входом - с третьим входом устройства и входом пятого блока умножения, выход которого подключен к второму входу четвертого сумматора, соединенного третьим входом с выходомвторого задатчика сигнала, второйвход шестого блока умножения подключен к четвертому входу устройства, выход четвертого задатчика сигнала соединен с вторым входом седьмого сумматора, выход первого функционального преобразователя подключен к1496999 вертого блока умножения, подключенного выходом к второму входу второгосумматора. Фиг. г Составитель Е.ПолитовРедактор И.Рыбченко . . Техред М.Ходанич Корректор . равцоваО К Заказ 4378/18 Тираж 778ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям113035, Москва, Ж, Раушская на жгород, ул. Гагарина,Производственно-издательский комбинат "Патен вторым входам третьего и седьмогоблоков умножения, а выход датчикаскорости соединен с вторым входом четПодписноеткрытиям при ГКНТ СССР д, 4/5