Электрогидравлический следящий привод робота

(53)5 Р 15 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ О К енияято ре ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1432280, кл. Р 15 В 9/03, 1987.. ЩИЙ ПРИВОД РОБОТА(57) Использование: в Системах лпромышленными роботами и Изобретение относится к гидроавтоматике и может бить использовано в системах управления промышленными роботами и манипуляторами,Цель изобретения - повышение точности и устойчивости,На фиг,1 изображена блок-схема злектрогидравлического следящего привода: на фиг.2, - кинематическая схема робота.Электрогидравлический следящий привод робота содержит последовательно соединенные измеритель 1 рассогласования, первое дифференцирующее звено 2 с замедлением, блок 3 деления, второе диффенцирующее звено 4 с замедлением, первцй блок 5 умножения, первый сумматор 6, второй блок 7 умножения, первый усилитель 8, привод 9 регулирующего органа насоса 10, связанного гидролиниями 11 и 12 с гидромотором 13 с редуктором, выходной вал 14 которого кинематически связан с рабочим органом робота и первым датчиком 15 положения, подключеннымсвоим выходом к второму входу измерителя рами, Сущность изобретения: корректирующее устр-во обеспечивает инвариантность качественных показателей привода к переменным параметрам нагрузки. Подстройку параметров осуществляют на.основе информации о моментнцх воздействиях на привод. Эта информация снимается с выходов второго и шестого сумматоров и с помощью блока деления, а также первого, второго, четвертого и пятого блоков умножения вводится в корректирующее устр-во и обеспечивает соответствующую корректировку входного сигнала. 2 ил. 1 рассогласования, выход которого через апериодическое звено 16 второго порядка подключен к второму входу первого сумматора 6, последовательно соединенные первый квадратор 17, третий блок 18 умножения, второй сумматор 19, второй вход которого подключен к выходу первого источника 20 опорного напряжения, а выход - к вторым входам первого 5 и четвертого 21 блоков умножения, первый вход последнего соединен с первым входом пятого блока 22 умножения и выходом блока 3 деления, а выход через первое апериодическое звено 23 первого порядка - с третьим входом первого сумматора б, четвертый вход которого через второе апериодическое звено 24 первого порядка соединен с выходом пятого блока 22 умножения, последовательно соединенные третий сумматор 25, первый и вто: рой входц которого соответственно подключены ко второму входу пятого блока 22 умножения и второму источнику 26 опорного напряжения, и второй усилитель 27, выход которого подключен ко второму входувторого блока 7 умножения, а второй вход блока 3 деления - к выходу третьего сумматора 25, последовательно соединенные второй датчик 28 положения, четвертый сумматор 29, второй вход которого подлючен к выходу третьего источника 30 опорного напряжения, пятый сумматор 31 и шестой блок 32 умножения, а также датчик 33 усилия, четвертый источник 34 опорного напряжения и первый датчик 35 скорости. Кроме того, он дополнительно содержит последовательно соединенные третий датчик 36 положения, первый функциональный синусный преобразователь 37 и второй квадратор 38, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора 19, последовательно соединенные третий усилитель 39, второй функциональный синусный преобразователь 40, седьмой блок 41 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 42 скорости, восьмой блок 43 умножения и шестой сумматор 44, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора 25, а его второй вход через девятый блок 45 умножения - к вых ду первого датчика 35 скорости, последовательно соединенные пятый источник 46 опорного напряжения и седьмой сумматор 47, вьход которого подключен к второму входу восьмого блока 43 умножения, последовательно соединенные шестой источник 48 опорного напряжения и восьмой сумматор 49, первый вход которого через третий квадратор 50 подключен к выходу четверто. го сумматора 29, его второй вход через десятый блок 51 умножения к выходу шестого блока 32 умножения, а выход - к вторым входам третьего блока 18 умножения и седьмого сумматора 47, а также последовательно соединенные девятый сумматор 52, первый и второй входы которого соответственно подключены к выходам шестого блока 32 умножения и четвертого сумматора 29, и одиннадцатый блок 53 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора 17, а выход - к второму входу девятого блока 45 умножения, причем вход первого квадратора 17 через третий функциональный косинусный преобразователь 54 подключен к выходу второго датчика 36 положения и входу третьего усилителя 39, выход датчика 33 усилия - ко второму входу шестого блока 32 умножения, второй вход пятого сумматора 31 - к выходу четвертого источника 34 опорного напряжения, а второй вход десятого блока 51 умножения - к выходу пятого сумматора 31,Электрогидравлический следящий привод работает следующим образом,На вход следящего привода подаетсяуправляющее воздействие ц 1, обеспечивающее требуемый закон управления,На выходе элемента 1 сравнения выра 5 батывается сигнал ошибки д, который послекоррекции в блоках 2-7 и 16, усиливаясь,поступает на привод 9 регулирующего органа насоса 10, который, создавая поток рабочей жидкости в гидролиниях 11 и 12,10 воздействует на гидромотор и редуктором13, выходной вал которого изменяет положение объекта управления, уменьшая рассогласование д . Электрогидравлическийпривод при работе с различными грузами,15 а также за счет взаимовлияния степенейподвижности исполнительногс органа обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широкихпределах. Это снижает качественные пока 20 затели работы гидропривода и приводит кпотере устойчивости его работы, В результате возникает задача, связанная с обеспечением инвариантности динамическихсвойств привода к изменениям его момент 25 ных нагрузочных характери"тик, что позволяет обеспечить стабильность заданногокачества работы системы,В данном описании рассматриваетсяэлектрогидравлический следящий привод30 поворота работа относительно вертикальной оси его исполнительного органа, Кинематическая схема робота приведена нафиг,2,На фиг,1 и 2 введены следующие обозна 35 чения; ц,ц 2,цз - соответствующие обобщенные координаты степеней подвижностиробота; ц 1,ц 2,цз - скорости изменения обобщенных координат ц, ц 2 и цз; О - усиливаемый сигнал; т 1,гл 2,щз - соответственно40 массы звеньев исполнительного органа; а- масса захваченного груза; 12, 1 з - расстояние от центра масс второго и третьегозвеньев до их осей вращения; з - расстояние от центра масс третьего звена до центра45 схвата.Для того чтобы добиться качественногоуправления координатой ц, необходимокомпенсировать отрицательные влияния изменения координат ц 2 и ц 2, а также цз и цз50 на динамические свойства привода.Кинематическая энергия всех движущихся масс исполнительного органа (фиг.2)представляется в виде,Т = 1/21 м 2 + п 21 2 + 1 мч+ ФЗ 11 з + цз) +55 + гпг(3+цз+ 13) ) ц 2+пз + гпг ф 2 2а потенциальнаэнергия имеет видП = 9 тг 12+ вз(13+ дз)+ гпг(1 з+ цз+ 1 з) з 1 п цг,км,(ОО (, (о О. о(и( Оо(ои(иио ооиоииОи( о,(о,О.ооиои,де )- угол поворота регулинасоса 10,го органа он Ъ= солана о где д - ускорение свободного падения;18, Зг, 1 яз - моменты инерции соответствующих звеньев относительно их продольных осей;1 й 1 о Иго 1 о 3 МОМЕНТЫ ИНЕрцИИ СООТВЕТствующих звеньев относительно поперечных осей, проходящих через их центрымасс.Одновременно выполняются соотношения;Г =( 1 я 1+(Ьг+ ЗЗ)зпг ц 2+тЧ 1 мг=Н(цгоцз)Ц + (цг,Цг,цз,цз)Цогде Н,Ь - переменные функции.С учетом уравнения Лагранжа 2-го родамоментное воздействие на привод поворота робота (координата ц 1 имеет видМв = Н(Ц 2 Ц 3)Ц 1+ Ь(цг,цг,цз,цз)Ц (1)Передаточная функция разомкнутогопривода может быть представлена в виде: ф(Р): Ч(Р)У(Р).(Р),(Р),где Р - символ дифференцирования,ЧЧ(Р) - передаточная функция разомкнутого привода;ЩР) и Юр(Р) - соответственно передаточные функции усилителя 8 и регулирующего органа 9 насоса 10;О/нгм (Р) - передаточная функция гидропередачи, состоящей из насоса 10 и гидромотора 13;ЩР) - передаточная функция корректирующего устройства.Причем передаточная функция гидропередачи имеет виду(в - максимальный угол поворота регулирующего органа насоса 10;Ке - приведенное значение коэффициента объемной упругости жидости; 5 р - передаточное отношение редуктора; К - характерный обьем гидромотора 13; Я - характерный объем насоса 10; й(. - скорость вращения насоса 10; Ч - объем рабочей жидкости в гидроли нии нагнетания 11 и полости нагнетания насоса 10, 1 э - утечки рабочей жидкости, Из вь(ражения (2) видно, что параметры передаточной функции Янп( (Р) являются 15 существенно переменными и зависят от Н (Ц 2, Цз), ц 2 Ц 2, Цз, Цз). В результате значительно лзменяются и динамические свойства злектрогидравлического седящего привода, Для сохранения неизменныхдина мических свойств рассматриваемого электрогидравлического следящего привода робота необходимо застабилизировать все параметры передаточной функции В/(Р).Коррекция Кк (Р) осуществляется с по мощью апериодического звена второго порядка 16 с передаточной функцией,1(о(о(Р) =т(-,р-г ("(о(Р( тр+( а также периодических звеньев 23 и 24 с передаточными функциями 35эКе Ч Коз(Р) в .( р о (, и(оо(Р) т р .(. (Параметры Т", и Тг выбирают достаточно малыми с целью придания приводу необходимь(х динамических свойств, 40 Апериодическое звено второго порядка 16, дифференцирующие звенья с замедлением 2 и 4, а таже апериодические звенья 26 и 31 первого порядка включены так, как зто показано на фиг.1,Датчики 36 и 28 установлены соответственно во второй и третьей степенях подвижности робота (см. фиг,2).Функциональные преобразователи 37 и 40 реализуют функцию зп, а функциональный преобразователь 54 - функцию сов,В результате на выходе квадраторов 38и 17 соответственно формируются сигналь 81 Й Ц 2 и сов Ц 2, гДатчики скорости 42 и 35 соответственно установлены во второй и третьей степенях подвижности робота (см,фиг.2) и измеряют величины Ц 2 и цз.Усилитель 39 имеет коэффициент усиления, равный 2. Следовательно, на выходеблока 41 умножения формируется сигнал ц 2 зи ц 2.Источники 30 и 34 опорного напряжения соответственно формируют сигналы 3 и 3. Первый и второй положительные входы сумматоров 29 и 31 имеют единичные коэффициенты усиления, следовательно, на их выходах соответственно формируются сигналы 3+ цз и з+цз+ 3, а на выходах.квадратора 50 и блока 51 умноке 2 ния соответственно (13+ цз), гпг (6+ цз+ 13), так2как датчик 33 измеряет массу захваченного груза. Источник 48 опорного напряжения подает на третий единичный положительный вход сумматора 49 сигнал, равный )ч 2+ кз + п)22 . Второй (со стороны блока 51 умножения) и первый положительные входы сумматора 49 соответственно имеют единичный коэф(1)ициеыт усиления и коэффициент усиления, равный гпз. В результате на выходе блока 18 умножегия формируется сигнал сов 2 с)2 (ар+ 1)чз+ гп 2122+ п)з (3+ цз)2+ + гпг(13+ цз+ 13) ),Источник 20 опорного напряжения подается на второй положительный вход сумматора 19 ",диничным коэффициентом усиления сигнал 1 з)+1(р . ТРетий (со стоРоны кваДРато-2ра 38) и г)ервый положительные входы этого сумматора соответственно имеют коэффициент усиления, равньй 32+ Бз, и единичный коэффициент усиления. В результате на выходе сумматора 19 фоумР) руется сигнал(Б 1+ (р Ч (52+ 133) В)П С(2+ Р 1 Я 2+ )э)3+ ч)п 212 + гпЗ (3 + ЦЗ) + пг (Х + Цз +) ) Оэ Ц 2 = р + Н (Ц 2 ЦЗ)На вьходе источника 46 опорного напряжения формируется сигнал 1 з 2+ Зз, Второй отрицательный (со стороны сумматора 49) и первый положительный входы сумматора 47 имеют единичные коэффициенты усиления, В результате на выходе блока 43 умножения формируется сигналА = 152+ 133 1)2 )чЗ - гп 22 - п 73(3 ЦЗ)-гпг(3+ЦЗ+3) 1 3 п(2 Ц 2)Ц 2.Первый (со стороны блока 32 умножения) и второй положительные входы сумматора 52 соответственно имеют коэффициент усиления 2 и коэффициент усиления, равный 2 гп. В результате на вцходе блока 45 умножения формируется сигнал, равныйВ = 2(п 73(3+Цз) гпг (13+ Цз+ 3)Э соз (Ц 2)ЦЗ.Положительные входы сумматора 44 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигналЯ(Ц 2, Ц 2, Цз цз) = А+ В.Первый вход сумматора 25 (со стороны сумматора 44) имеет коэффициент усиления, равный .э, а его второй вход- коэффициент усилений, равный единице. Источникогорного напряжения 26 имеет на выходе сигнал, пропорциональный 0,01 Иц ( р . В результате на выходе сумматора 25 форми- РУетсЯ сигнал 1.з)7 + 0,01 В 7 ц 2 р, котоРый 5 подается на блок деления 3. Усилитель 27имеет коэффициент усиления, пропорциональный величине (0,01)Мв) 1 р )-1. Таким образ( м, с учетом вида передаточнь(х функций Ю 2(Р), ЧЧ 4(Р), Л 16(Р), В)23(Р), Л 24(Р) на выходе 10 блока 7 умножения формируетс сигналг0) РэКэКэЬФ 00(йээр) КЕ(Ьэ)ээО 01% 1" я20 а передаточная функция прямой цепи привода примет вид25й( ) эР)э(,(р) т-., .Из этого выражения видно, что все параметры передаточной функции )И(Р) при введении разработанной коррекции остаются 30 постоянными и следовательно постояннымР( со раняться и динамические свойства и каественные показатели всего злектрогидравлического следящего привода, т,е, точность и устойчивость не будут зависеть от 35 переменных Н и г(.)аким образом, в приводе обеспеченажелаемая инвариантность к изменени)о нагр,зочных характеристик.Практическая реализация предлагаемо 40 го устройства не вызывает затруднений, таккак в нем используются только типовые электронные элементы.Формула изобретения Электрогидравлический следящий пои вод робота, содержащий последовательносоединенные измеритель рассогласования, первое дифференцирующее звено с замедлением, блок деления, второе дифференцирующее звено с замедлением, первый блок 50 умножения, первый сумматор, второй блокумножения, первый усилитель, привод регулирующего органа насоса, связанного гудролиниями с гидромотором, выходной вал которого кинематически связан редуктором 55 с рабочим органом робота и первым датчиком положения, подключенным к измерителю рассогласования, вь)ход которого через апериодическое звено второго порядка подкл)очен к входу первого сумматора, и последовательно соединенные первый квадратор, третий блок умножения, второй сумматор, вход которого подключен к первому источнику опорного напряжения, а выход - к входам первого и четвертого. блоков умножения, другой вход последнего соединен с входом пятого блока умножения, и выходом блока деления, а выход через первое апериодическое звено первого порядка - с входом первого сумматора, вход которого через второе апериодическое звено первого порядка соединен с выходом пятого блока умножения, последовательно соединенные третий сумматор, входы которого подключены к входу пятого блока умножения и второму источнику опорного напряжения, и второй усилитель, выход которого подключен к входу второго блока умножения, а второй вход блока деления - к выходу третьего сумматора, последователь о соединенные второй датчик положенияи четвертый сумматор, вход которого подключен к третьему источнику опорного напряжения, а также пятый сумматор, шестой блок умножения, датчик усилия, четвертый источник опорного напряжения и первые датчик скорости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и устойчивости, он снабжен вторым и третьим датчиками положения, вторым датчиком скорости, первым и вторым функциональными синусными преобразователями, функциональным косинусным преобразователем, вторым и третьим квадраторами, третьим усилителем, седьмым, восьмым и девятым, десятым и одиннадцатым блоками умножения, шестым - девятым сумматорами, а также пятым и шестым источниками опорного напряженияпри этом последовательно соединены третий датчи положения, первый синусныйпреобразователь и второй квадратор, выходкоторого подключен к входу второго сумматора, последовательно соединены третий5 усилитель, второй синусный преобразователь, седьмой блок умножения, один входкоторого подключен к второму датчику скорости, восьмой : лок умножения и шестойсумматор, виход которого подключен к вх,10 ду третьего сумматора, а другой вход шестого сумматора через девятый блокумножения подключен к первому датчик,"скорости, последовательно соединены пятый.источник опорного напряжения и седь 15 мой сумматоо, выход которого подключен квходу восьмого блока умножения, последовательна соединены шестой источник опор-ного напряжения и восьмой сумматор., одинвход котороо через третий квадратор под 20 клю юн .; выходу четвертого сумматора, егодругой вход через десятый блок умножения- к выходу шестого блока умножения, а выход- к входам третьего блока умножения и седьмого сумматора, последовательно соединень,25 девятый сумматор, входы которого подклю.Р.ны к выходам шестого блока умножения н четвертого сумматора, и одиннадцатый блокумножения, один вход которого подключен квыходу первого квадратора, а выход - к входу30 девятого блока умножения, ггричем вход первого квадаатора через косинусный преобразователь подключен к третьему датчикуположения к входу третьего усилителя, датчикусилия соединен с входом шестого блока35 умножения, входы пятого сумматора подключены к четвертому сумматору и четвертому источнику опорного напряжения.а выход - к входам шестого и десятогоблоков умножения, 17408061740806 актор М,Недолуже ол зводственно-издательскийкомбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 2070 ВНИИП Составитель С.РождественскийТехред М,Моргентал Коррек Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушскал наб., 4/5