Устройство для управления приводом робота

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11) 1 5 В 11/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТн деторскоьмсвидетепьству(54) У ДОМ РОБОТА (57) Изобре тическому у управления за счет инф гателя и усла упроститблока, чтосистемы в ц тельство СССРВ 11/01, 1983,льство СССРВ 11/01, 1983.(56) Авторское свидеИф 1142810 ь кл С 05Авторское свидетеУ 1352450, кл. 6 05 СТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ тение относится к автомаправлению. Устройство для приводом робота позволяет ормации о токе электродви. корении его выходного ва" ь схему вычислительного повьппает надежность всей елом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к автоматиескому управлению и может быть исользовано в электроприводах промыш,енных манипуляторов.Целью изобретения является упрофение устройства,На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устрой-. тва для управления приводов робота; 10 а фиг, 2 - кинематическая схема исолнительного органа робота, управяемого с помощью этого устройства.Устройство для управления привоом робота содержит первый сумматор 15дифференциатор 2, первый блок 3ножения, второй сумматор 4, аперио" ическое звено 5, второй блок 6 умно- ения, усилитель 7, электродвигательс редуктором, датчик 9 положения, 20 атчик 10 скорости, датчик 11 тока, атчик 12 ускорения, объект 13 управ- ения, первый блок 14 деления и выислительный блок 15,Вычислительный блок 15 содержит 25 ретий сумматор 16, интегратор 17, торой блок 18 деления, релейный элеент 19, источник 20 опорного напряения, третий блок 21 умножения, четертый сумматор 22, второй усилитель 30 3, пятый сумматор 24, третий блок 5 деления, усилители 26 и 27.Кроме того, на фиг, 1 введены слеующие обозначения Ы. ц - сигнал входого.воздействия; о - ошибка привода; , Ы, М - соответственно угловое поожение, скорость и ускорение выходноо вала привода; У, 1 - соответствен о напряжение и ток якорной обмотки лектродвигателя; Б, - усиливаемое апряжение.Устройство работает следующим образом.Сигнал ошибки 3 после коррекции в блоках 2 - 6, усиливаясь, поступает 45 на электродвигатель 8, приводя его вал, а следпвательно, и вал редуктора во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины сигнала 3 и моментного воздействия на этот вал со стороны объекта управления, Электро- привод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния степеней подвижности исполнительного органа обладает переменными момент- ными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает качественные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы.Моментные характеристики привода,управляющего координатой Р соответственно зависят от изменения координат я и я . В связи с этим для ка 3 3чественного управления координатойнеобходимо точно компенсироватьотрицательное влияние изменения координат К и д э на динамические свойства привода поворота,Для разработки. устройства управления приводом поворота, обеспечивающего инвариантность этого приводак изменяющимся параметрам нагрузки,вначале определяют характеристки моментного воздействия на этот приводсо стороны перемещающихся масс исполнительного органа, схематическиизображенного на фиг, 2. Вводят следующие обозначения:1 - момент инерции вертикаль 5ного звена исполнительногооргана массой ш относительйно продольной оси;Ти - момент инерции горизонталь- .,ного звена исполнительногооргана массой шэ относительно поперечной, оси, проходящей через центр масс;1 - исходное расстояние от оси3вращения горизонтального звена до его центра масс (прид - - О);1 з - расстояние от центра массгоризонтального зьена досредней точки схвата;шг - масса захваченного груза.Для определения моментных воздействий на поворотный привод (обобщенных моментов неконсервативных сил)пользуются уравнением Лангранжа2-го рода, Кйнетическая энергия Твсех движущихся масс исполнительного органа (фиг. 2) может быть представлена в виде1 Ф .гт, (1 ъ+к,1 ) к (ш, ип ) а(3) 4 О Без учета вводимой коррекции (блоки 2-6) Б = У из выражения (7) можно получить передаточную функцию электропривода поворота на базе электродвигателя постоянного тока с неэависи мым возбуждением Ъ11 (р) - Й. КтКмВо(8) где р - символ дифференцирования.Поскольку электропривод с постоянными нагрузочными характеристиками можно записать, что моментное воздействие на привод поворота со стогде М - полный момент, развиваемый электродвигателем, К - моментный1коэффициент, м, , , о - соответственно угол, скорость и ускорение вращения вала двигателя, 1 " момент инерции ротора двигателя и вращающихся частей механической передачи,в .передаточное отношение редук- Гтора, К - коэффициент вязкого трения, М - момент сухого трения (Ка и М приведены к валу двигателя), м =С 3 етом выражений (1) и (2) соотношение (3) принимает вид Н(а)" Ь(а,а ). двигателя, КЯ - активное сопроФивле роны движущихсямасс исполнительногооргана робота и груза имеет вид ние якорной обмотки двигателя), выражение (4) может быть представлено в виде25(Ь (Ы БЙ + К ). +/Мз 18 пог . (6) 11 ( э 1 э30 С учетом только линейных составляющих выражения (6) имееми без учета взаимовлияния и вязкоготрения описывается передаточной функцией вида1405023 6обходимо, чтобы он всегда описывался только выражением вида (9) независимо от значения М , Для этого в прямую цепь реальной системы, описываемой передаточной функцией (8), достаточно ввести последовательное корректирующее звено вида(з1 ) ( 1 р)К К +К (Ь +Квс Кя(Ь +12,П(Р) == - =- "(О)У К КК,К+К Ь+ККмКя1Из выражений (2) и (10) видно, что 15 С учетом равенства (11) соотношепараметры корректирующего устройства ние (4) может быть представлено в П (Р) (Ь Н ) необходимо непрерывно видеподстраивать под их текущие значениятак как Н=Н (8, ш), а Ь =Ь (8 вя ш) э 1 с(1+Н ) М =(1+Н ) о 4 +о +К ф двсе 3 в а 1+Н) 1 Ю+/М /818 пы: - + -- Ь-+ К Ы + срД в+ /М /з 8 п Ы. ( 2) Выходной сигнал релейного элемен 25.та 19 формируется по закону35 а на выходе первого сумматора 4сигнал 1 Кл(Н +1) Кя 1 нПеремножив с помощью второго блока бумножения этот сигнал и сигнал с выфч К/К аД(Р) а .йФ е(9)У 1 нКяе.е Р.КмК(агде 11, - нормальное значение момента5 инерции, то для обеспечения инвариантности электропривода поворота к изменяющимся параметрам нагрузки неНа выходе интегратора 17 имеемсигнал(1+Н )ос =(11 р +Н)М., а на 40 выходе первого блока 18 делейия сигнал 11 р +Н. После перемножения этого сигнала (в блоке 2 умножения на сигнал Ы, имеем (1 +Н) о, а на выходе пятого сумматора 22 согласно выражению (4) 1 Ь ы = Ь м Поделив последний сигнал на м в блоке 25 деления на его выходе получим сигнал, равный Ь, Сложив этот сигнал на пятом сумматоре с коэффициентом, рав О ным К, с сигналом источника 20 опорного напряжения, равным (К К +К К )1м э 8 в ря на выходе пятого сумматора 24 получим сигнал К К х +К (К 1+Ь), Пром р я в рпустив этот сигнал через четвертый усилитель 23 с коэффициентом усиле.гния 1/ (К К), на его выходе получим сигнал, равный коэффициенту усиления последовательного корректирующего Ы. )Опри в 0М 0 (М, =сопа 1:)КмКл+К (К +Ь ) звена П(р) = "- - В -- (см. выКм Кяражение (10).Поделив сигнал с выхода блока 18 деления, равный 1 р +Н, на сигнал с выхода сумматора 24, равный К К+ +Кя(КвР+Ь), на выходе первого блокая в р у14 деления будем иметь сигнал (1+Н ) (К К +К(Кв+Ь . Учитывая, что передаточная функция апериодического звена 5 имеет вид(р) =1/( -- р+1), аКя 1 н5 Кпередаточная функция дифференциатора 2 - Ы (р) =В. р/(-р+1), нетрудноКя 1 нвидеть, что на выходе первого блока 3 умножения будем иметь сигналК,(1+Н 1 К 1, +,К+К (К +1 с)Р) /(К К Р+вм "сй Я в и М1.405023 хода второго усилителя 23, на выходе сигналвторого блока 6 умножения будем иметь К К +К 1 +1И+НК 1 В 1.(13) крм й р+1 1 м 1 а Из выражения (13) видно, что пара метры последовательно корректирующего устройства непрерывно подстраиваются в процессе изменения нагрузочных параметров системы.Использование предлагаемого вычислительного блока позволяет уменьшить число блоков, входящих в его состав, а также число источников опорного напряжения, что приводит к упрощению вычислительного блока и всего устройства в целом, а, следовательно, повышает надежность работы всей системы. Формула изобретения 1. Устройство для управления приводом робота, содержащее первый сумматор, выход которого через апериодическое звено соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с первым входом первого блока умножения, второй вход которого соединен с первым выходом вычислительного блока, а выход - с последовательно соединенными первым усилителем, электродвигателем с редуктором и датчиком положения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен через дифференциатор с пер 40 вым входом второго блока умножения, выход которого соединен с вторым вхо" , дом второго сумматора, а второй вход - с выходом первого блока деления, вход делимого и делителя соединены соответственно с вторым и третьим выходами вычислительного блока, вход датчика положения соединен через датчик скорости со скоростным входом вычислительного блока, идентифицирующий вход которого соединенс выходом источника опорного напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью упрощения устройства,дополнительно введены датчик ускорения и датчик тока, выходы которыхсоедИнены соответственно с входомускорения и моментным входом вычисли3тельного блока,2. Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что вычислительный блок выполнен в виде третьего сумматора, выход которого через интегратор соединен с входом делимого второго блока деления, выход которого соединен с вторым выходом вычислительного блока и первым входом третьего блока умножения, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого соединен с Входом интегратора, а выход - с входом делимого третьего блока деления, выход которого соединен с первым входом пятого сумматора, второй вход которого соединен с идентифицирующим входом вычислительного блока, а выход - с третьим выходом вычислительного блока, а через второй усилитель - с пер; вым выходом вычислительного блока, вход делителя второго блока деления соединен со скоростным входом вычислительного блока, первым входом третьего сумматора, с входом делителя третьего блока деления, а через релейный элемент в . с вторым входом третьего сумматора, вход ускорения и моментный вход вычислительного блока соединены соответственно с вторым входом третьего блока умножения и третьим входом третьего сумматора.1405023 Исаков Составитель гренкова Техред А.КрКоррект Редактор шетник каз 3104/5 ое 4/5 П ктная, 4 изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у Тираж 866 ВПИИПИ Государственно по делам изобретен 13035, Москва, Ж, РаПодпо комитета СССРй и открытийушская наб., д