Устройство для управления приводом робота

И А ЗОБРЕТЕН ВТОРСКОМУ ЕЛЬСТВУ 2ЛЯ УПРАВ РИботоаноЦелью точа занепрео нагрузнительыения и О, 1987,влена функциональна Лиг2 - ки- сполнительного умматор 1, орой сумтель 5 сположеи, реумматор 9, торой дат- суммаГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Дальневосточный политехнический институт им,В.В. Куйбышева иНиколаевский кораблестроительныйинститут им,адм.С.О.Макарова(56) Авторское свидетельство СССРР 1484702, кл. В 25 1 13/О Изобретение относится к робототехнике и может быт использовано при создании приводов роботов.Цель изобретения - повышение точности и устойчивости устройства за счет более точной компенсации непрерывно изменяющихся параметров нагрузки с учетом динамического запаздывания, вносимого якорной цепью двигатеНа Фиг.1 предстаная схема устройстванематическая схема иоргана робота.Схема содержит первый спервый блок 2 умножения, втматор 3, усилитель 4, двигаредуктором, первый датчик 6ния, первшй датчик 7 скорослейный элемент 8, третий свторой блок 10 умножения, вчик 11 положения, четвертый(57) Изобретение относится к ртехнике и может быть использовпри создании приводов роботовизобретения является повышениености и устойчивости устройствсчет более точной компенсациирывно изменяющихся параметровки. В устройство введены дополные задатчик сигнала, сумматорблоки умножения, датчики ускорквадратор2 ил. тор 12. пятый сумматор 13, первыйквадратор 14, третий блок 15 умножения, шестой сумматор 16, первый за датчик 17 сигнала, второй квадратор18,. датчик 19 массы, четвертый блок20 умножения, седьмой сумматор 21, Жпятый блок 22 умножения, второй датчик 23 скорости, второй задатчик 24сигнала, третий задатчик 25 сигнала,первый датчик 26 ускорения, шестойблок 27 умножения, восьмой сумматор28, четвертый эадатчик 29 сигнала,девятый сумматор 30, сецьмой блок 31умножения, десятый сумматор 32,восьмой блок 33 умножения, второйдатчик 34 ускорения, девятый блок;В35 умножения, третий квадратор 36 иобъект 37 управления.На чертежах обозначено: р,в - сигнал желаемого положения с задатчикакоманд, ь- передаточное отношениередуктора: я, = 1), я ; я - соот 1618642ветствующие обобщенные координатМисполнительного органа робота:8- скорость и ускорение изменениятретьейобобщенной координаты; ш,ш, щ- соответственно массы второго,третьего звеньев исполнительного ор.гана и захваченного груза; 1= сопя - исходное расстояние от осивращения горизонтального звена до 0его центра масс при д = О, 1 == сопз, расстояние от центра массгоризонтального звена до средней% 11точки схвата; ф,- скорость иускорение вращения ротора двигателя; 151) + и О - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем,Устройство работает следующимобразом. 20Сигнал с выхода первого сумматора1 после коррекции в блоках 2 и 3,,усиливаясь, поступает на электродви.гатель 5, приводя его вал во вращательное движение с направлением и 25скоростью (ускорением), зависящимиот величины поступающего сигнала0, моментов трения и моментного возцействия И. Электропривод при работес различными грузами, а также за счетвзаимовлияния степеней подвижностиисполнительного органа, обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах, Это снижает качественные показатели электропривода и дажеприводит к потере устойчивости егоработы. В результате возникает задача, связанная с обеспечением инвариантности динамических свойств 40электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, что позволяетфобеспечить стабильность заданногокачества системы управления. 45Дня определения моментных воздействий на поворотный привод(обобщенных моментов неконсервативных сил) воспользуется уравнениемЛанранжа 2"го рода.50Кинетическая энергия Т всех движущихся масс исполнительного органа+щ (18 )г- момент инерции горизонтального звена(стержня) при вращении вокруг вертикального звена со скоростью 8,; 1 г=щ (1 з+ тмомент инерции грузаотносительно вертикальной оси вращения+ щ,(1+ 1+ В,) а,8 = О,можно записать, что моментное воздействие на выходной вал привода поворота со стороны движущихся массисполнительного органа робота и груэа имеет вид И,= Н(И)эшр) К+ ЬэКэшг)0 эгде Н(цщ;,) ш(1+ я ) + ш(1 +2+ 1 у+ у) + 1+ 1 Ыа ,а,т ) - 2 в(1 + д ) + + щ+ 1 + Б д , (2) где 1 и 1 - соответственно моментыинерции вертикального звена исполнительного органа относительно продольной оси и горизонтального звена относительно поперечной оси проходящей через его центр масс.С учетом соотношений (1) и (2), а также уравнений электрической. 01618642 10 Первый и второй положительные входы сумматора 21 со стороны блока 20 умножения и сумматора 12) соответственно имеют коэффициенты усиления 2/Рр и 2 ш Яр.Первый и второй положительные входы сумматора 20 единичные, а задатчик сигнала 29 вырабатывает сигнал, равный щ. 20Первый положительный вход сумматора 32 (со стороны, блока 31 умножения) имеет коэАФидкент усиления 2/Рр,а его второй положительныйвход (со стороны блока умножения 25 35) - единичный.Таким образом, на выходе сумматора 12 Формируется сигнал, равный 1 + + р 1, а на выходе сумматора 13 - сигнал 1+ 1 + я . На выходе блока 15 умножения Формируется сигнал ш;(1+ 1 + 8), а на выходе квадФратора,18 - сигнал (1+ .рз)2. В результате на выходе сумматора 16 появляется сигнал, пропорциональный щт(1 з+1 з+ 3) ш (1 ъ+ 3)(5) ЫЫ + К 1 и Ы + К КдЫ = ККЕ,яПри этом полагается, что К= М = 0,а Й= Ь+.Таким образом, уравнение (6) имеет постоянные желаемые параметры, а 45 сам привод обладает постоянными желаемыми динамическими свойствамии качественными показателями при Хаобых законах изменения параметровнагрузки. 1 з+1+ 1 Н+ 1Фр Х Г1 и "Р 1 н 40 50 Формула изобретения 1,и - номинальное (желаемое) значение приведенного момента инерции обеспечивающее приводу поворота заданные динамические свойства и качественные показатели. Причем с выхода задатчика сигнала 17 на второй вход сумматора 16 поступает сигнал,+ 1+ 1 Рр. Таким образом, на выходе блока 2 умножения Формируется сигнал (Н + 1 ) - -- 0)/1 , где Ки ккф = Мв(и- ошибка привода.Йа выходе блока 20 умноженияФормируется сигнал шт(1+1+.з) а на выходе сумматора 21 - сигнал 1 т,яя 1 я+ дя)/ф+2 шя(1 я+ря)/я".Ф8Таким образом, на выходе блока 22 умножения Формируется сигнал, равный1 тв)я 4,+ая)+я (1 я+В,) ) В /ФМ. =Ь/ =Ь На выходе сумматора 30 Формирует- ся сигнал щ + щ, на выходе блока 31 умножения - сигнал (щ + щ) Ц , а на выходе сумматора 22 - сигнал ЬНа выходе сумматора 28 Формирует+ф.ся сигнал (2 Ь +К) М + Ь, М, а на выходе сумматора 9 - сигнал Кк Кек---- (М)з 1 апЮ+ (к. -- ) М +кк "- кН1, ГФ - - Ь М + -- (2 Ь +К )О(+ Ь Мкм .Кь Окончательно на выходе сумматора3 имеем+О+ )М, я 1 РЪМ + Кмк мНесложно показать, что, подставивП из (5) в (3), имеем Устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, пер" вый блок умножения, второй сумматор, усилитель.и двигатель, кинематически связанный с первым датчиком скорости и первым датчиком положения, выход/котоРого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства, а третьим входом - с выходом первого датчика скорости, с входом релейного5 элемента и первым входом второго блока умножения и третьего сумматора1 второй вход которого подключен к выходу второго блока умножения, тре О тий вход - к выходу релейного элемента, а выход - к второму входу второго сумматора, последовательно соеди - ненные второй датчик положения, четвертый сумматор, пятый сумматор, пер вый квадратор, третий блок умножения и шестой сумматор, выход которого подключен к второму входу первого блока умножения, второй вход - к выходу первого задатчика сигнала, а 2 О третий вход - к выходу второго квадратора, а также последовательно соединенные датчик массы, четвертый блок умножения, седьмой сумматор и пятый блок умножения, подключенный вторым входом к выходу второго датчика скорости, а выходом - к второму входу второго блока умножения, второй вход пятого сумматора соединен с выходом второго задатчика сигнала, выход - с 30 вторым входом четвертого блока умно-жения, а первый вход - с входом второго квадратора и вторым входом седь-. мого сумматора, выход датчика массы . подключен к втоРому входу тРетьего35 блока умножения, а выход третьегозадатчика сигнала соединен с вторымвходом четвертого сумматора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности и устойчивости устройства, оно дополнительносодержит третий квадратор, последовательно соединенные кинематически связанный с двигателем первый датчик ускорения, шестой блок умножения ивосьмой сумматор, последоватепьяЪподключенные четвертый эадатчик сигнала, девятый сумматор, седьмой блокумножения, десятый сумматор и восьмой блок умножения, а также последо-вательно соединенные второй датчикускорения и девятый блок умножения,второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - квторому входу десятого сумматора,второй вход восьмого сумматора соединен с выходом первого датчика ускорения, выход - с четвертым входомтретьего сумматора, а третий входс выходом восьмого блока умножения,подключенного вторым входом к выходупервого датчика скорости, второйвход шестого блока умножения соединен с выходом пятого блока умножения, второй вход девятого сумматора подключен к выходу датчика массы,а выход второго датчика скорости соединен через третий квадратор с вторым входом седьмого блока умножения.1618642 Составитель Е.ПолитовРедактор С,Патрушева Техред Л.Сердюкова Шароши еййеююевйееФ оррек Заказ роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород агарина, 101 7 Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5