Вычислительное устройство дляуправления манипулятором

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 13)3979 (21) 2823978/18-24с присоединением заявки Йо(51)м. к . С 05 В 15/00 В 25 3 13/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(5 З) УВ 62-50088.8) Дата опубликования описания 2506.81,1залюции проблем машиност на Октябрьской Р и высшем техниче Научно-исс при Москов и ордена Т довательский институт ом ордена Ленина, орд дового Красного Знаме училище им. Н.Э, Баум(71) Заявитель ДЛЯ УПРАВЛЕ 54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТ МАНИПУЛЯТОРОМв ч 5 Изобретение относится к вычисли-ельной технике и может быть исполь- овано в робототехнических системах.Известно вычислительное устройсто для управления манипулятором, со 5 ержащее аналоговые механические выислители 1,Однако применение устройства ограичено в виду громоздкости, сложноси и узких функциональных возможостей вычислителей. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее по следовательно соединенные генератор синусоидального сигнала, Формирователь пилообразного напряжения,. первый компаратор и первый элемент памяти, второй вход которого подклю-20 чен ко второму выходу генератора синусоидального сигнала, третий выход которого соединен с первым входом второго элемента памяти, второй вход которого подключен к выходу первого 2 компаратора, вторым входом соединенного с первым входом устройства.Это устройство позволяет решать задачи преобразования координат дляплоских однозвенных механизмов 12 1. 3 Однако даже комбинацией подобных устройств не удается решить задачу преобразования командных движений охвата многозвенного пространственного манипулятора в команды управления исполнительными приводами и тем самым обеспечить разложение движений манипуляционного робота, С другой стороны, это устройство не позволяет выполнить обратные преобразования координат и Функциональные преобразования, необходимые для управления многозвенными манипуляционными механизмами.Цель изобретения - расширение функциональныхвозможностей устройства.Поставленная цель достигается тем что устройство содержит пять сумматоров и три функциональных преобразователя, причем выход формирователя пилообразного напряжения соединен с первыми входами функциональных преобразователей, вторые входы которых подключены ко второму выходу генератора синусоидального сигнала, третий выход которого соединен с третьим входом третьего функционального преобразователя, второй, третий и четвертый входы устройства подключенысоответственно к третьему и четвер,тому входам первого функционального преобразователя и к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого элемента памяти,. авыход - с третьим входом второго функционального преобразователя, четвертый вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом второго элемента памяти, а второй вход - с первым выходом первого функционального преобразователя, второй выход которого является первым выходом устройства, четвертый вход третьего функционального преобраэователя подключен к первому выходувторого функционального преобразователя, первый выход - к соответствующим входам третьего и четвертого сумматоров, а второй выход - ко нторому входу четвертого сумматора и первому входу пятого сумматора, второй вход которого соединен со вторым входом первого компаратора, а третий вход - со вторым входом третьего сумматора и вторым выходом второго функционального преобразователя, а выходы третьего, четвертого и пятого сумма. торов подключены соответственно ко второму, третьему и четвертому выходам устройства, а также то, что первый и второй функциональные преобразователи содержат фазосдвигающий блок и последовательно, соединенные шестой сумматор, первый интегратор, модулятор, Фильтр низкой частоты и третий элемент памяти, а также последовательно соединенные седьмой сумматор, второй интегратор, второйкомпаратор, четвертый элемент памяти, втоРой вход которого через Фазосдвигающий блок подключен к выходу Фильтра низкой частоты, а выход - к первому входу седьмого сумматора, второй вход третьего элемента памяти соединен с выходом второго компаратора, а выход - с первым входом шестого сумматора, причем вторые входы второго компаратора, модулятора, шестого и седьмого сумматоров подключены соответственно к первому, нторому, третьему и четнертому входам преобразователей, а выходы первого и вто- рого интеграторов - к первым и нторым выходам преобразователей, а также то, что третий функциональный преобразователь содержит пятый и шестой элементы памяти и последовательно соединенные восьмой сумматор, третий интегратор, третий компаратор и седьмой элемент памяти, а также последовательно соединенные восьмой элемент памяти, девятый сумматор, четвертый интегратор и четвертый компаратор, второй вход которого подключен к одноименному входу первого компаратора, а выход - к первым входам пятого и шестого элемента памяти, выход третьего компаратора соединен с первымвходом восьмого элемента памяти, вто- рой вход которого подключен к одноименному входу шестого элемента памяти, выход которого соединен со вторымвходом девятого сумматора, второйвход пятого элемента памяти подключен к одноименному входу седьмогоэлемента памяти, а выход - к первому входу восьмого сумматора, второйвход которого соединен с выходом 1 О седьмого элемента памяти, причем вторые входы третьего компаратора, шестого элемента памяти, пятого эле,мента памяти и третий вход восьмогосумматора подключены соответственно 15 к первому, второму, третьему и четвертому входам преобразователя, авыходы третьего и четвертого интеграторов - к первому и второму выходам преобразователя,20 На фиг. 1 изображена функциональная схема вычислительного устройства; на фиг. 2 - функциональная схемапервого и второго функциональных преобразователей; на фиг, 3 - функциональная схема третьего функционального преобразователя.Устройство содержит преобразователь 1 полярных координат в декартовые, генератор 2 синусоидального сигнала, формирователь 3 пилообразногонапряжения, первый компаратор 4, первый элемент памяти, первый, второйи третий функциональные преобразо, ватели 6-8 соответственно, первый,нторой, третий, четвертый и пятый З 5 сумматоры 9-13 соответственно, второй элемент 14 памяти )В, Х, У, Енходные,сигналы ф ф,о 34 - командыуправления приводами манипуляторас 1, К, Я - длины звеньев манипуля О тора, ОХ У 2 - неподнижная системакоординат; модулятор 15, фильтр 16низкой частоты, фаэосдвигающий блок17, третий и четвертый элементы памяти 18 и 19 соответстненно, первый 45и второй интеграторы 20 и 21 соответственно, шестой и седьмой сумматоры 22 и 23 соответственно, второйкомпаратор 24 у и о- выходные сигналы преобразователя, восьмой и девя-.тый сумматоры 25 и 26 соответственно, третий и четвертый интеграторы27 и 28 соответственно, третий ичетвертый компараторы 29 и 30 соответственно, пятый, шестой, седьмойи восьмой элементы памяти 31-34 соот нетстненно, 94 и 9 выходные сигналыпреобразователя.Устройство работает следующимобразом.Входные сигналыи ХУ 2 задают 4 О соответственно ориентацию и положениесхвата манипулятора н неподвижнойсистеме координат ОХ УоЕо. На второми третьем выходах гейератора 2 синусоидального сигнала вырабатываютсясигналы А э 1 п сой и Я сов сос с амплитудой А и частотой и, которая является синхронизирующей для формирователя 3 пилообразного напряжения. Приподаче на первый вход устройствавходного сигналав момент времениего равенства с пилообразным напряжением на входах первого компарато 5ра 4 по сигналу этого компараторана выходах элементов памяти 5 и 14фиксируются мгновенные значения напряжений А пи А соь, которыепоступают соответственно на второйи первый входы сумматоров 9 и 10.Входные сигналы Х, У поступают навход первого функционального преобразователя 6, формирующего напряжения, пропорциональные полярному ра диусу л и команде управления - углу ссл. При этом на входах второгофункционального преобразователя 7формируются сигналы двух координатп - 6 сояи 2- 8 зп 3,а на его вы- зрЛходах - напряженйя, пропорциональныеуглу Ч и полярному радиусу р. Сигнал, пропорциональный 9 поступаетна вход третьего функционального преобразователя 8, который решает задачу определения по известным сторонам треугольника 3 Л, 1,2 иуглов л иэаключенных между Е,и Я, рд соотретственно. Полученйые значения углов ЧЛ, , ф и Р позволяют определить,с помощью, сумматоров 11-13команды управления с= (9+ Ул), С 9= = Чл + 9 и с 4=+ Щ - 9, Приводы манипулятора, отрабатывая найденные .команды приводят схват манипулятора/35 в положение, соответствующее входным 5 сигналам. Принцип действия первого и втброго функциональных преобразователей 6 и 7 сводится к следующему. При по ступлении входных сигналов Х и У на выходах интеграторов 20 и 21 вырабатываются напряжения, пропорциональные полярным координатам 9 и с.причем у = Х +У , сс= асс сд у , Укай.Х занные преобразования реализуются благодаря охвату интеграторов отрицательными обратными связями через элементы памяти 18 и 19. На выходах этих элементов фиксируются соответственно значенияы п с и рсоз с 6 в моменты времени, когда на входах компаратора 24 совпадают по значению пилообразное напряжение и напряжение, пропорциональное Углу сс. Формирование значений 9 зп Ы и ясозбосуществляется с помощью модулятора 15, на входы которого поступают синусоидальное напряжение и напряжение, пропорциональное полярному радиусу р, фильтра 16 и фазосдвигающего блока 15. 60Третий функциональный преобразователь 8 работает следующим образом. При подаче на третий вход сумматора .25 напряжения, пропорционального значению 9 т, иа выходах интеграторов 271 65 и 28 устанавливаются такие значения напряжений, пропорциональные углам 9 й и Фл, что на выходах сумматоров 25 и 26 реализуются равенства р =сл со ь 1 Цл Я соф, 5п= С зп При этом на выходах элементов памяти 31 и 32 в момент равенства на входах компаратора 30 пилообразного напряжения и напряжения, пропорционального углу ф, фиксируются мгновенные значения напряжений, пропорциональные величинам Юлсоз ф и Сьп 9. Они поступают на первый вход сумматора 25 и второй вход сумматора 26 соответственно. Аналогичным образом на выходах элементов памяти 33 и 34 формируются напряжения, пропорциональные значениям 0 сов Ч и 8 эп 9 которые поступают соответственно на второй вход сумматора 25 и первый вход сумматора 26.Применение изобретения позволяет наиболее простыми техническими средствами осуществить разложение движений манипулятора, т.е. преобразование командных движений схвата мгновенного пространственного манипулятора в сигналы управления исполнительными приводами,Формула изобретения1. Вычислительное устройство дляуправления манипулятором, содержащее последовательно соединенные генератор синус.ожидального сигнала, формирователь пилообразного напряжения, первый компаратор и первый элемент памяти, второй вход которого подключен ко второму выходу генератора синусоидального сигнала, третьим выходомсоединенного с первым входом второгоэлемента памяти, второй вход которого подключен к выходу первого компаратора, вторым входом соединенного с первым входом устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, оно содержит пятьсумматоров и три функциональных преобразователя, причем выход формирователя пилообразного напряжения соединен с.первыми входами функциональных преобразователей, вторые входы которых подключены ко второму выходу генератора синусоидального сигнала, третий выход которого соединен с третьим входом третьего функционального преобразователя, второй, третий, и четвертый входы устройства подключены соответственно к третьему и четвертому входам первого функционального преобразователя и первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходомпервого элемента памяти., а выход - с третьим входом второго функционального преобразователя, четвертый входкоторого подключен к выходу второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом второго элемента памяти, а второй вход - с первым выходом первого функционального преобразователя, второй выход которого является первым выходом устройства, четвертый вход третьего функционального преобразователя подключен к,. первому выходу второго функционального преобразователя, первый выход - к соответствующим входам третьего и четвертого сумматоров, а второй выход - ко второму входу четвертого сумматора и первому входу пятого сумматора, второй вход которого соединен со вторым входом первого сумма- "5 тора, а третий вход - со вторым входом третьего сумматора и вторым выходом второго функционального преобразователя, а выходы третьего, четвертого и пятого сумматоров подклю чены соответственно ко второму, третьему и четвертому выходам устройства.2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что первый и второй Функциональные преобразователи содержат фазосдвигающий блок и последовательно соединенные шестой сумматор, первый интегратор, модулятор, фильтр низкой частоты и третий элемент памяти, а также последовательно соединенные седьмой сумматор, второй интегратор, второй компаратор, четвертый элемент памяти, второй вход которого через фазосдвигающий блок подключен к выходу фильтра низкой частоты, а выход - к первому входу седьмого сумматора, второй вход третьего элемента памяти соединен с выходом второго компаратора, а выход - с первым входом шестого сумматора, причем вторые входы второго компара тора, модулятбра, шестого и седьмого . сумматоров подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам преобразователей, а выходы первого и второго интеграторов - к первым и вторым выходам преобразователей.3, Устройство по п, 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что третийфункциональный преобразователь содержит пятый и шестой элементы памяти и последовательно соединенныевосьмой сумматор, третий интегратор,третий компаратор и седьмой элементпамяти, а также последовательно соединенные восьмой элемент памяти, девятый сумматор, четвертый интегратори четвертый компаратор, второй входкоторого подключен к одноименномувходу первого компаратора, а выход -к первым входам пятого и шестого элементов памяти, выход третьего компаратора соединен с первым входом восьмого элемента памяти, второй входкоторого подключен к одноименномувходу шестого элемента памяти, выходкоторого соединен со вторым входомдевятого сумматора, второй вход пятого элемента памяти подключен к одноименному входу седьмого элементапамяти, а выход - к первому входувосьмого сумматора, второй вход которого соединен с выходом седьмого элемента памяти, причем вторые входытретьего компаратора, шестого элемента памяти, пятого элемента памяти итретий вход восьмого сумматора подключены соответственно к первому,второму, третьему и четвертому входам преобразователя, а выходы третьего и четвертого интеграторов - кпервому и второму выходам преобразователя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Попов Е.П. и др. Манипуляционные работы: динамика и алгоритмы.М фНаукаф, 1978, с. 198-199.2. Патент США Ф 381673 б,кл, 235-18 б, опублик. 1974 (прототип),840801 АСоь Составитель Г. Нефедовактор Н. Пушненкова Техред А.Бабинец Ко Пож филиал ППП "Патентф, г. ужгород. Ул. Проектная,каз 4761/67 Тираж 940 ВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, 3-35