Устройство для управления приводом робота

(5 ц 5 6 05 В 11 О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ СВИДЕТЕЛ ЬСТВ АВТОР литехнический инаВ. Миляновский тво СССР В.п, ЕН ИЯ томатике и ктроприваоров. Цель сти устройО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(Ф 1541554, 05.10.87,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРПРИВОДОМ РОБОТА(57) Изобретение относися к аможет быть использовано в элдах промышленных манипулятизобретения - повышение тоцн ства. Устройство для управления приьодом робота (объект 15) содержит сумматоры 1, 3, 40, апериодическое звено 2 второго порядка, блоки 4, 11, 13 умножения, блоки 5, 14 деления, усилитель 6, исполнительное устрсйство 7, датчик 8 положения, инерционные дифференцирующие звенья 9, 12, апериодическое звено 10, датчики скорости 16, тока 17, ускорения 18, вычислительный блок 19 и источник 39 опорного напряжения. Вычислительный блок 19 содержит сумматоры 20, 25, 27. блоки 21, 28 деления, релейные элементы 22, 33, 34, источник 23 опорного напряжения, блоки 24, 36 умножения, усилитель 26, выпрямители 29, 37, нелинейные элементы 30, 31, элементы 32, 35 выборки-хранения, интегратор 38. 2 иИзобретение относится к автоматике, может быть использовано в электроприводах Г)ромышленных манипуляторов и является усовершенствованием устройства по авт. св. й 1541554,Цель изобретения - повышение точности устройства для управления приводом работа,На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для управления приводом робота; на фиг. 2 -. кинематическая схема исполнительнаГО ОО" гана работы, управляемого с помощью этого устройства,УстрОЙство для управления приводам рОбота содержит первый сумматор 1, аГ)8 риодическое звено 2 второ о порядка, второй сумматор 3, первый.блггк 4 умножения, четвертый блок 5 деления, первый усилитель б, исполнительное устройства 7, датчик 3 положения, первое нне)цианнае дифференцирующее звено 9, апериадическое звена 10, второй блок 11 умножения, Второе инеоционное диффере) цирующее звено 12., третий блок 13 умножения, первый блок 4 деления, объект 15 управления, датчик гб скорости, датчик 17 тока, датчик 10 ускорения и вычислительный блок 19,Вычислительнь)й блок 19 содержит тре- тиЙ сумматор 20, Второй блок 21 деления, первый релейныЙ,лемент 22, первый ист;)чник 23 апарнога напряжения, четвер Гый блок 24 умножения, чеверть и суммятс р 25, Второй уси)итль Об лят;сумтретий блОк 28 деления, и( Вы Выпрямитель 29, первый 30 и Вт( рай 1 нелинейные элементы, первый элемент 32 Выбаркихранения, втораи 33 и гретий 34 репей):Не элементы, второй элемент 35 выборки-хра- Н 8 ниЯ, пЯтый блок 3 б умнах(ения, ВтЩ)ай выпрямитель 37, интегратор 38, Кроме тогг), в устройство Введены В-.:Орай источник 39 опорнога напряжения и ыестай сумматор 40.Кроме того, введены следующие обозначения: азхсигнал праграммнога управления; д - ошиокя и; ивда: а, а, (";,- соотВетстВенна уГлаВое палОжени 8, скО 0" сть и ускорение выходного валя привода; , ) - соответственно напряжение и так якорной обмотки электродвигателя; .)1 - усиливаемое напряжение,УстрОйства для упаавления привОдом работа,Устройства обеспечивает качественное управление первой поворотной степенью падВижнос п 1, имею)яй коард)/)нату 91(фиГ. 2)., при одновременном изменении координат д 2 и сз с помощь 1 соо гветс,твующих приво 10 15 20 25 г 1 р 35 40 45 50 55 дов, Перемещения в этой поворотной степени подвижности абеспечивяюгс:-. с по. мощью исполнительного устройства 7 электродвигателя с редуктором (фиг. 1), причем вал последнего жестко соединен с механизмом поворота робота.Схема (фиг, 2) является наиболее типичной для отечественных и зарубежных промышленнь,х роботов, Оааата)ащих В цилиндрической сист:;.Ме кааодинат. Данная конструкция исполнительнага органа позволяет также осуществлять Вертикальное прямолинейное перемещение груза (обобщенная координата 9 и ега горизонтальное прямлинейное перемещение (обобщенная координата оз). Причем мо. ментные всздействия на злектропривад ра бота, управляющий каординятойц 1, существенно заВисят От ыЗменения массы захваченного груза Л 1 и ксординат цз и 9 з (координать; 92 и (д на динамику электро- привода рсбата влияния не оказывают). В связи с эч м для качественнага управления (оардинятай 91 необходима точна компенсировать отрицательное влияние изменения гпг и координат 9 з и цз на динамические свайсвя этага электрапривадя,,для Ооабатки /страисвд для пр)В- ления приводом робота. обладающего свсйствам инвариантнасти к изменяющимся параметрам нагрузки е, сохраняющего стг)ильна высокую точность рабаты и устойчивость, Вначале определяют хара (тери- СТИКИ МОМ 8 НТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НЯ ЭТОТ электропоивад со стороны перемео)гнащихся масс исполнительного аргяня, схематически изображенного на фиг, 2,Вводят следующие Обозначения: , - момент инерции вертикальнога звена исполнительнога органа массой л)г относительно прадсльной оси, Ь - момент инерции горизонтальнога звеня испалнительнога органа массой гпз относительна поперечной оси, проходящеи через центр масс; з - исходное расстояние ат аси вращения горизонтального звена до ега центра масс(при 9 з = О);1 з - рассто:- ние ат центра масс горизонтального звена до средней точки схвата.Для Определения моментных воздействий на электропривад рабата. уп;)авляющиЙ координатой 91(обобщенных моментов не- консервативных сил), используются уравнения Лангранжа 2-га рода, Кинетическая энергия Т всех движущихся масс испалнительнога органа (фиг, 2) может быть поедставлена в виде 4911 Ъ ц л)з (з +уз ) а 2 2 2+ ГПг(13 +93+3) )Я 1,противоЭДС двигатегде К, - коэффициенля,15и Р соответстактивное сопротивлр - символ диффвыражение (4) може20Кб .11 - КИаср+Р венно индуктивность и ение якорной обмотки рениирования,быть представлен+ - )а,+( +2 можно записать, что моментное воздеиствие на рассматриваемое устройство для управления приводом робота со стороны движущихся масс исполнительного органа робота и груза имеет видМ. = Н(дз)ц 1+ 1(93, 93)91 (1)+ Кв Мстр319 п ац Из соотношения (1+н 1б следует равенств деН(дз) = Ъ 3+ Яз) + пег(3+ 93+13)", .(8 ора двигателя и :в ат + ческой пе едавращающихся частеи механи Рчи;1 р - передаточное отношение редуктоКв - коэффициент вязкого трения;Мстр момент сухого трения (Кв и Мстр приведены к валу двигателя).Момент двигателя тратится как на раз гон собственных инерционных масс 1 а(т) (ротора и редуктора) и преодоление сил трения, так и на преодоление моментов, обуславливающих перемещение в пространстве обьекта управления Мв(т)/1 р, который созда ет управляющий момент для перемещения робота в частности по координате д 1, которая совпадает с координатой а/1 р.С учетом выражений (1) и (2) соотношение (3) принимает вид Метр при а ) О,мх 22 =- Мстр ПРи а О, о приа=О, С 3 +пг 96 2 Учитывая, что+Мстр/3 Яп ад,где Мд,(1) - полный момеэлектродвигателем;Км - моментный коэффав, ав, ая - соответствсть и ускорение вращениягателя;- момент инерции ро Датчики 8 положения, скорос корения 18 соответственно изме а, скорость а и ускорение а вра ходного вала редуктора, а датчи измеряет ток в якорной обмотк двигателя, Третий вход третьего 20 имеет коэффициент усиления К вый (отрицательный) вход - коэ усиления Квр, а второй (отриц вход - коэффициент усиления, ра нице. Причем на выходе первого элемента 22 (с нулевой нейтральн сигнал формируется по закону ти 16 и усряют угол щения вык 17 тока е электро- сумматора м, его перффициент ател ьн ый)вный едирелейного ой точкой)где (Метр = сопвт).Тогда на выходе третьвго сумматора 20согласно (8) формируетсясигнал, равныйсИ + Й а. 5 Мдв Кв адМстр31 дп ацбт( ац + 1 р а ) .После интегрирования этого сигнала на выходе интегратора 38 формируется сигнал, равный(1+ Н ) а, а на выходе второго блока 21 деления - сигнал 1 р( + Н ).Выходной сигнал первого нелинейного элемента 30 имеет вид:Л при а Л,Овыхзо =а присЛ,- а приа - Л,20где - задаваемая малая постоянная поло-жительная величина,Первый 29 и второй 37 выпрямители ипервый нелинейный элемент 30 предназначены для обеспечения качественной работывторого 2.1 и третьего 28 блоков деления. Навход делителя не должен подаваться сигналменьше величины Л, Последнее условиеобеспечивается первым нелинейным элементом 30, с выхода которого всегда посту.пает сигналЛ,Выходной сигнал второо нелинейногоэлемента 32 имеет вид:гК приа ЛОвцхз 2где К0- постоянная величина,При уменьшении величиныаниженекоторого допустимого значения Л второй 40нелинейный элемент 32 переводит первый32 и второй 35 элементы выборки-храненияв режим запоминания, При этом на выходеэтих элементов сохраняется то значение,которое было измерено в момент отключения второго нелинейного элемента 31, Вчастности, на выходе элемента 32 запоминэется значение 1 р(1 + Н). При увеличенииав некоторый момент (который определяется значением Л ) вновь срабатывает 50второй нелинейный элемент 31, первый 32и второй 35 элементы выборки-хранения переводятся в режим слежения, и нэ их выходах опять воспроизводятся текущиезначения величин, формируемых на их информационных входах (для элемента 31 этосигнал 1 р(1 + Н). В течение времени, когдаскорость движенияаменьше Л,можетпроизойти изменение определяемого зна После деления сигнала с выхода и го элемента 32 выборки-хранения, ра 1 р(1+ Н ), на сигнал с выхода пятого сум ра 27, равный КмК+ й(Кв+ Ь)1 р, на вы первого блока 14 деления будет сигнэ НЯКМК + й(Кв+Выходной сигнал второго источни опорного напряжения равен Кв 1 р, э коэ циенты усиления первого, второго и тр го входов шестого сумматора соответственно равны Й,и. В резул нэ выходе шестого сумматора 40 форм ется сигнал (1+ Н)й+(Ь + Кв)Ц 1 р. Еслиервовного матоходе л (1+ а 3 фи етье 40 тате иру- этот чения на некоторую величину, Это может привести к снижению качества электропривода. Однако предполагается, что величина Л является достаточно малой, т, е. рабочие скорости находятся далеко за указанным пределом, а уменьшениеадо величины Л возможно только перед остановкой и реверсом электропривода, В случае резкого изменения определяемых значений в режиме остановки злектропривода предлагаемая коррекция по истечении некоторого малого промежутка времени настроится нэ новые значения, т. е. работоспособность и качественные показатели работы электро- привода будут полностью восстановлены.После перемножения 1 р(1 4 Н) в четвертом блоке 24 умножения на сигнал аимеется (1 + Н) ац, а на выходе четвертого сумматора 25, входы которого имеют единичные коэффициенты усиления с учетом выражения (4)1, - после вычитания Ь а. Поскольку сигнал Ь ад может иметь разные знаки, то с помощью второго выпрямителя 37 сохраняется только его модуль.После деления сигналаИ анаав третьем блоке 28 деления на еговыходе получается сигнал, равныйЬ 1 р, Второй 33 и третий 34 релейные элементы позволяют восстановить знак текущего значения Ьр, которое окончательно формируется на выходе пятого блока 36 умножения и поступает на вход второго элемента 35 выборки-хранения. После подачи сигнала нэ вход пятого сумматора 27 с коэффициентом усиления, равным В, и после сложения его с сигналом первого источника 23 опорного напряжения, равным (КмК + ЙКь)1 р, на выходе пятого сумматора 27 получается сигнэл Км Кв+ К(Кь+ Ьр. После пропуска этого сигнала через второй усилитель 26 с коэффициентом усиления 1/(КмЯр) на его выходе получается сигнал, равный%(р): - . 10 м р Р 2 Рт. е, имеет постоянные параметры, не зависящие от изменяющихся параметров нагрузки на этот привод, Величины Т и Тг обеспечивают заданные динамические 15 свойства привода.Использование предлагаемого устройства позволяет застабилизировать параметры, а следовательно, динамические сволства и качественные показатели работы 20 устройства для управления приводом робота при существенных изменениях величины кАг, без использования дополнительных линий связи между другими степенями подвижности робота.25 Формула изобретенияУстройство для управления приводомробота по авт. св. М. 1541554, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены дополнительное 0 дифференцирующее звено, четвертый блскделения, второй источник опорного напряжения, шестой сумматор и последовательь о соединенные дополнительное апериодическое звено и треий блок умножения, при чем выход диффсренцирующего звенасоединен с входом дополнительного апериодического звена и через дополнительное апериодическое звено - с первым входом третьего блока умножения, выход которого 0 соединен с третьим входсм второго сумматора, второй вход - с выходом четвертого блока деления, делительный вход которого соединен с третьим выходом вычислительного блока, вход делителя - с выходом Шес того сумматора, первый вход - с выходомисточника опорного напряжения, второй вход - с вторым выходом вычислительного блока, третий вход - к выходу второго элемента выборки-хранения, являющегося до полнительным выходом вычислительногоблока.(-)+ Н) (,2Г)К К )(.Г ) ( на выходе апериодического звена ",0 - сигнал (р/ЦТ 1 р + 1)(Тгр + 1)1)д, на выходе второго блока 11 умножения - сигнал 3(-)Н) й ( Ь + К ) ) 1 рр(И.К ) К К ЗЛ Р )ГР") а на выходе второго сумматора 3, учитывая, что коэффициенты усиления всех его входов единичные - сигнал( ф й) (,й) Я+ (+ К,) Ьо+- лй( К .КЬМЬ м ы 4 рвого блока игнал с вына выходе рмируется .5 Т,+) )щью пеал на сля 26,ения фо сигнал поделить в четвертом блоке 5 деления на сигнал с выхода пятого сумматора 27 ЩЬ + Кв) + КмКД(р, то на выходе четвеотого блока 5 деления будет сформирован сигнал, равный1 + Н)Я+ (и + К.)ЦЩИ + К.) + К. К Д,Передаточная функция апериодического звена 2 второго порядка имеет вид аг(р)= = 1/ИТ 1 р + 1)(Тгр + 1), передаточные функции первого 9 и второго 12 инерционных дифференцирующих звеньев - вид )ггр(р) =- =Р/(Т 1 Р + 1), иг 1 г(р) = г.р/(Тгр + 1), а передаточная функция апериодического звена 10 - вид ю 1 о(р) = 1/(Т 1 р + 1) (Т 1 = сопм, Тг = сопя - предварительно выбираемые постоянные времени).Таким образом, при подаче на вход самонастраивающегося электропривода робота сигнала программного управления ах(т)а,появляется сигнал ошибки дО, В результате на выходе апериодического звена 2 второго порядка формируется сигнал д/ИТ 1 р + 1) х (Тгр + 1, на выходе первого инерционного дифференцирующего звена 3 - сигнал (р/(Т)р + 1 д, на выходе второго инерционного гдифференцирующего звена 12 - сигнал (1 р /ЦТ 1 р + 1)(Тгр + 1)Д х д, на выходе третьего блока 13 умножения - сиг- нал( - , р+)(Перемножив с помо 4 умножения. этот сигн хода второго усилите первого блока 4 умнож сигнал(т,р )т,р+)С учетом передаточной функции нагруженного электродвигателя устройства для управления приводом робота передаточная функция прямой цепи этого скорректированного устройства принимает вид, Гирнякк при ГКНТ ССС мбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 зводственно-издательский каз 4078 ВНИИПИ Госу Тиражвенного комитета по и 113035, Москва, )К,Подписноеетениям и открытшская наб., 4/5