Устройство для управления приводом манипулятора

-Ъ ЪЪ.1 цруЕНИ ОБР ОПИСАН К АВТОРСКОМУ ИДЕТЕЛЬ ВЛЕН ике, Сущ- дополниров, семь И, пять лемента,ССРН.Бо 6 д (л 0 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Институт проблем механики АН(56) Авторское свидетельство СССРМ 1409975, кл. 0 05 О ЗЛО, 1987. Изобретение относится к системам управления приводом промышленного робота и может быть использовано при создании гибких автоматизированных производств с применением электромеханических манипуляторов.Целью изобретения является обеспечение воэможности оптимального по быстродействию позиционирования манипулятора с учетом максимально допустимого тока в блоке исполнительных органов,На чертеже изображена схема предложенного устройства,Устройство содержит блок 1 исполнительных органов, связанных с манипулятором 2, нэ котором установлены датчик З,угла и датчик 4 угловой скорости, а также нуль- орган 7, девять коммутаторов 5, б, 8-14, десять сумматоров 15-20, 48-51, четыре блока умножения 21-24, два блока инвертирования (перемены знака) 25, 26, восемь компараторов 27-34, блок формирования абсолютного значения переменной 35, блок возведения в квадрат 36 и задатчик 37, э также шесть элементов И 38-43, четыре пороговых элемента 44-47 и элемент ИЛИ 52, при этом выход датчика 3 угла связан с первым входом сумматором 15 через блок 1821356 А(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАПРИВОДОМ МАНИПУЛЯТОРА(57) Использование: в робототехность изобретения: в устройствотельно введены шесть коммутэткомпараторов, шесть элементосумматоров, четыре пороговыхэлемент ИЛИ и нуль-орган. 1 ил. 25 инвертирования, выход коммутатора 5 соединен со зходом блока 1 исполнительных органов, выход коммутатора 6 связан со входом блока 49 суммирования, а выход блока 21 умножения соединен со вторым входом сумматора 15, выход сумматора 15 соединен с входами элементов 45, 44. Выходэлемента 45 соединен через блок формирования абсолютного значения переменной 35 с первым входом блока 52, выход которого связан с управляющим входом коммутатора 8, выход которого соединен с блоком 1 исполнительных органов через элемент 50 и 51, Выход элемента 7 связан через первый вход элемента 38 И с управляющим входом элемента 5 и через первый вход элемента 43 И - с управляющим входом элемента 13, выход датчика 4 угловой скорости соединен с первым входом блока 23 умножения и через элемент 46 с управляющим входом коммутатора 9, выход которого связан с первым входом блока умножения 21. второй вход которого соединен с выходом блока возведения в квадрат 36, выход блока умножения 23 связан с первыми входами сумматоров 20, 19 и с первыми входами восьми компараторов 27-34, выходы компараторов 27, 28 связаны с управляющим входом коммутато(3) ра 10 через элемент 39 И, выходы компараторов 29 и 30, 31 и 32, 33 и 34 связаны соответственно с управляющими входами коммутаторов б, 11 и 12 через элементы 40, 41 и 42 И, выход коммутатора 10 через элемент 49 соединен с информационным входом коммутатора 5, с выходом элемента 6 и через первый вход сумматора 17- с первым входом блока умножения 24, выход элемента 11 через блок 48 соединен с выходом элемента 12, с информационным входом элемента 13 и со вторыми входами сумматоров 17, 18, выход инвертора 26 связан через первый вход сумматора 18 со вторым входом блока умножения 22, выход блока умножения 24 соединен со вторым входом сумматора 16, выход датчика 4 угловой скорости соединен через элемент 47 суправляющим входом элемента 14, два выхода которого связаны соответственно со вторыми входами элементов 38 и 43 И, выход элемента 13 соединен через блок 50 и 51 со входом блока 1 исполнительных органов, причем первый выход зэдатчика 37 соединен с третьим входом блока 21 умножения, второй выход - с информационным входом элемента 14 и с первым информационным входом элемента 9, третий выход - с третьим входом сумматора 15, четвертый выходсо вторым входом элемента 9, пятый выход - со вторыми входами компараторов 27 и 29, шестой выход - с информационным входом элемента 10, седьмой выход - через второй вход сумматора 19 с информационным входом элемента 6, восьмой выход - через второй вход сумматора 20 с информационным входом элемента 11, девятый выход - с информационным входом элемента 12, десятый выход - соответственно с третьим и вторым входами блоков 22 и 24 умножения, одиннадцатый выход - со вторыми входами компараторов 31 и 34, двенадцатый выход - со вторыми входами компараторов 30; 33, тринадцатый выход - со вторыми входами компараторов 28 и 32 и четйрнадцатый выход - со вторым входом блока 23 умножения,Все использованные конструктивные блоки являются стандартными, а вычислительные блоки строятся согласно схемам типовых операторов. Устройство работает следующим образом.Блок исполнительных органов состоитиз электродвигателя постоянного тока с не зависимым возбуждением и редуктора. Управление осуществляется изменением напряжения, подаваемого на обмотку якоря электродвигателя. Движение рассматриваемой системы описывается дифференциаль ными уравнениями( - момент инерции звена манипулятораотносительно оси вращения;3 - момент инерции якоря электродви гателя и вращающихся частей редуктора;,и - момент электромагнитных сил, приложенных к якорю;и - передаточное число редуктора;и й. - индуктивность и омическое сопро тивленйе обмотки якоря соответственно;д и с - постоянные, являющиеся техническими параметрами электродвигателя;ф- угол поворота звена манипулятора.Для большинства электродвигателей, 30 используемых в промышленных роботах,например, типа "Универсал", время установления тока в цепи якоря много меньше времени выхода на стационарный режим вращения якоря и много меньше времени 35 транспортной операции, выполняемой манипулятором, В терминах параметров системы это означает, что при расчетах в, уравнении (2) можно пренебречь индуктивностью обмотки якоря и положить 1 = О,Применяя для данной системы известные методы теории оптимального управления, получим следующее решение (закон изменения напряжения на входе электродвигателя) для оптимального по быстродей ствию перевода обьекта манипулирования. из произвольного начального положенияв заданное конечное положение р с торможением двигателя в конце процесса при ограничении на максимально допустимые 50 напряжение и ток(4) оп Дн Вщэх пРи - (Ощэх + 8 щах)оп фОщэх - ЙщахОщах Прн Ощэх -Й 1 щах 5 ОПООщах+ Вщах(е) Ф(РР)= -Р- , - з 19 ПР,ГДЕ Ощэх - МаКСИМаЛЬНОЕ ЗНаЧЕНИЕ УПРаВЛЯ- ющего напряжения;щах - максимально допустимый ток в цепи якоря электродвигателя.Для реализации управления вида (3) 5 формируется значение величины фна выходе блока 15 после преобразования сигналов с датчиков 3 и 4 на блоках 9, 25, 36, 37 и 46 в соответствии с выражением (6). При положительном, отрицательном или нуле вом значении величины ф появляются сигналы 1, -1, 1 соответственно на элементах 44, 45 и 7, а сигналы с блока 37 с помощью блоков 5, 8, 13, 14, 35, 38, 43 позволяют скоммутировать со входом блока 1 исполни . тельных органов управляющий сигнал согласно выражению (3). Сигналы с элементов 44 и 45 позволяют организовать смену знака сигнала на блоке 22, Развязка указанных сигналов производится непосредственно 20 на блоке 22, В случае необходимости для этой цели может быть использован также дополнительный сумматор - повторитель, работающий по схеме, аналогичной соединениям сумматоров 48-51, которые обеспе чивают реализацию развязки аналоговых сигналов;Управление (4) формируется с помощью блоков 11, 12, 18, 31-34, 37, 41, 42, 47, 48.Управление (5) вырабатывается блока ми 6, 10, 19, 27-30, 37,39,40, 47,49, Первое выражение в уравнении (3) реализуется на блоках 17, 18, 22, 24, 16, 37. Элементы 46 и 47 коммутируют соответственно элементы 9 и 14 в зависимости от знака ф и, в 35 принципе могут быть обьединены в один блок, С выходов задатчика 37 соответственно снимаются значения постоянныхвеличин, 1: Р: -1(Ощах - Ющэх) (Ощах+ Вщах): Ощах + Йщах дп45 В каждый момент времени на выходе блока 51 формируется одно из трех значений управления согласно уравнению (3). При этом на первый вход блока 51 приходит сигнал О )(ф) при нулевом сигнале на втором входе или один из сигналов Оф ) или сигнал, соответствующий первому выражению уравнения (3), на второй вход при нулевом сигнале на первом входе, Это обеспечивается схемой коммутации, при котщой на входе блока 50 сигнал управления О (р )и сигнал по первому выражению уравнения (3) появляются раздельно во времени.Таким образом, поскольку в реализованном законе упрайления учитывается ограничение на величину тока, система обеспечивает возможность оптимального по быстродействию позиционирования манипулятора с учетОм максимально допустимого тока в блоке исполнительных органов,Формула изобретения Устройство для управления приводом манипулятора, содержащее блок исполнительных органов, связанный с манипулятором, на котором установлены датчик угла и датчик угловой скорости, а также три коммутатора, пять сумматоров, четыре блока умножения, два блока инвертирования, компаратор, блок выделения модуля, квадратор и задатчик, при этом выход датчика угла связан с первым входом первого сумматора через первый инвертор, выход первогокоммутатора соединен с входом блока исполнительных органов, выход второго коммутатора подключен к входу втооого инвертора, а выход первого блока умножения соединен С вторым входом первого сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чт, с цепью повышения быстродействия устройства за счет обеспечения воэможности оптимального по быстродействию поэиционлрова 1821356ния манипулятора с учетол максимального допустимого тока в блоке исполнительных органов, о него введены дополнительно шесть коммутаторов, семь компэрэторов, шесть элементов И, пять сумматоров, четыре пороговых элемента, элемент ИЛИ и нуль-орган, причем выход первого сумматора соединен с входом первого и второго порогового элемента й нуль-органа; выход 10 первого порогового элемента соединен с входам блока выделения модуля и с первым входом второго блока умножения, выход которого связан через первый оход второго сумматора с первым входом четвертого коммутатора, выход блока выделения модуля соединен через первый вход элемента ИЛИ с вторым входом четвертого коммутатора, выходнуль-органа связан через первый вход первого элемента И с первым входом 20 первого коммутатора и через первыи вход шестого элемента И с первым оходоле девятого коммутатора, выход датчика угловой скорости соединен с первым входом третьего блока умножения и через третий пороговый элемент с первым оходом пятого коммутатора, оыход которого связан с первым входом первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом квадратора, выход третьего блока умнажепятого сумматоров и с первыми охадами восьми компаратарав, выходы первого и второго компаратора связаны с первым входом ьвестага коммутатора через второй злемент И, выходы третьего и. четвертого,35 пятого и шестого, седьмого и оосьмога компараторов связаны соответственна с первыми входами второго, седьмого и восьмогокоммутаторов через третий, четвертый и пятыйэлементы И, выход шестого каммутато 40 ра саед 1 гнен через первый вход девятого сумматора с первьм входом первого коммутатора,"с выходам второго коммутатора через второй вход деоятогасумматора, выход которого через первый вход третьего сумматора связан с пероыл входом четвертого блока умножения, выход седьмого каммутатора соединен с первым входом десятого , сумматора второй вход которого соединен с 50 ния.связан с первыми входами четвертого и 30 выходом ВОсьмОГО коммутатора, а ВыхОд - с вторым входом девятого коммутатора и с вторыми входами третьего и четвертого сумматоров, выход второго инвертора связан через первый вход четвертого сумматора с вторым входом второго блока умножения, выход четвертого блока умножения соединен с вторым входом второго сумматора, выход датчика угловой скорости соединен через четвертый пороговый элемент с первым входом десятого коммутатора, два выхода которого связаны соответственно с вторыми входами первого и шестого элементов И, причем первый выход задатчика соединен с третьим входом первого блока умножения, отарой выход- с вторым входомдесятого коммутатора и с вторым входом пятого коммутатора. третий выход - с третьим входом первого сумматора, четвертый выход- с третьим входом пятого коммутатора, пятый выход - с вторыми входами первого и третьего компаратарав, шестой выход - с вторым входам шестога коммутатора, седьмой выход - через отарой вход пятагасумматора с вторым входом второго коммутатора, восьмой выход - через второй вход четвертого сумматора с вторым входом седьмого коммутатора, девятый выход - с отарым входом васьлого коммутатора, десятый выход - соответственно с третьим и вторьпл входами второго и четвертого блоков умножения, одиннадцатый выход - с вторыми входами пятого и восьмого компаратарав, двейадцатый выход - с вторыми входами четвертого и седьмого кампарато- ров, тринадцатый выход - с вторыми входами второго и шестага кампаратаров, а четырнадцатый выход - с вторым входом третьего блока умножения, выход четвертого коммутатора связан с первым входам седьмого сумматора, выход которого через первый вход восьмого сумматора соединен с. входом блока исполнительных органов, выходы первого и девятого коммутаторов связаны соответственно с вторыми входами седьмого и восьмого сумматоров, а выход второго порогового элемента соединен с вторым входом элемента ИЛИ и с четвертым Входом второго блока умножения.1821356 Редакто ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 2085НИИПИ Гос оставитель Л. Акуленкоехред М.Моргевтал Корректор М, Самборск Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж; Раушская наб., 4/5