Устройство для управления приводом робота

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1754438 5 3 13/00 5) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАН Е ИЗОБРЕТЕНВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКО 2(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛ ПРИВОДОМ РОБОТА(57) Использование йзобретение относитсяин- к робототехнике и может быть использовано кий в электроприводах йромышлейных манипудм. . ляторов. Сущность изобретения: устройствосодержит дополнителльно второй корректинко и .: рующий блок, четвертый сумматор и их связи, что обеспечивает повышение "точности привода для различних-манипуляторов. 3 ил(56) Авторское свидетельМ 1579770, кл. В 25 3 13/ ЕНИЯ итехнический а и Николаевс нститут им. а П. Кондратество СССРОО, 1987. Изобретение относится к области ав- дифференцирующего звеньев подключены томатического управления и может быть: к выходу второго сумматора, а йхвыходы- а использовано в электроприводах промыш- соответственно к первому и через блок ум-, ленных манипуляторов.." ножения к второму входам третьего суммаИзвестна система автоматического уп-: тора, выход которого пЬдключен к входу а равления электроприводом промышленно- усилителя.го робота, содержащая последовательноНедостатком этого устройства является у соединенные усилитель, электродвигатель, малая точность при"управлении" мтногохстедатчик тока, первый сумматор, интегратор,пенным исполнительным органом робота, блок деления и блок умножения, причем вал " когда меняются не только момент инерции фь электродвигателясвязансисполнительным привода, но появляются"й момейтнтые воз- Сд механизмом, датчиком положения й датчи. действия, обусловленные взаимовлиянием 00 ком скорости, выход которого подключен к " степеней подвижности робота друг на друга втарому вхОду блока деления, выход датчи.: (моменты скоростных сил). 3 ка положейия соединен с первым входомИзвестно также устройство для упвторого сумматора, вторым входом подклю- равления приводом робота, содержащее ченного к выходу задающего устройства, а последовательно соединенные инерцивторой вход первого сумматора подключен онно-дифференцирующее звено, первый к выходу измерителя внешнего момента. блок умножения и сумматор, второй вход Кроме того, устройство содержит апериоди- которого соединен с входом апериодическоческое звено, инерционное дифференциру- го звена, вход которого соединен с входом ющее звено и третий сумматор, причем инерционно-дифференцирующего звена, входы апериодического и инерционного второй вход первого блока умножения соединен с выходом блока деления, кроме того, . электродвигатель, а также вычислительный устройство содержйт последовательно сое- блок, семь входов которого соединены с диненные второй блок умножения, первый семью входами устройства, а выходы подусилитель и электродвигатель, причем пер- ключены соответственно первый - к второвый вход второго блока умножения соеди му входу второго блока умножения, второй нен с выходом первого сумматора, а выход и третий - к первому и второму входам пер - с входом первого усилителя, а также вы- вого блока деления, соединенного выходом числительный блок, выполненный в виде по- с входом третьего блока умножения, второй следовательно соединеннйх второговходкоторого подключен квторомувыходу сумматора, первого квадратора, третьего 10 блока коррекции, а выход - к второму входу блока умножения, третьего сумматора, вто- . первого сумматора, подключенного третьим рой. входкоторого соединен с первцм вхо- входом к третьему выходу блока коррекции; дом вычислительного блока, а третий - с вход которого соединен с выходом второго выходом второго"квадратора, входкоторого сумматора, первый вход котброго подклюсоединен с первым входом четвертого сум чен к восьмому входу устройства, а второй матора и выходом пятого сумматора, пер- вход - к выходудатчика положения, кинемавый вход которого соединен с первым тическисвязанногосваломэлектродвигатевходом второго сумматора и вторым входом ля, пятый выход вычислительного блока вычислительного блока, а второй - с вторым подключен к последовательно соединен- входом второго сумматора и третьим вхо ным третьему сумматору, второй вход котодомвычислительногоблока,четвертыйвход рого соединен с шестым выходомкоторого соединен с третьим входом второ-вычислительного блока,и второму блокуде-.го сумматора, пятый - с первым входом ше- ления, второй вход которого соединен с чет-.стого сумматора, а шестой. - с вторым вертым выходом вычислительного блока, а,входом третьего блока умножения и первым 25 выход - с вторым входом первогоблока умвходом четвертого блока умножения, вто- ножения.рой.вход которого соединен с выходом вто- Данное устройство по своей техничерого сумматора, а выход - с вторым входомской сущности является наиболее близким .четвертого сумматора; вйход которбго сое- к предлагаемому.динен с первым входом пятого блока умно Однако известное устройство сохраняет жения, второй вход которого соединен с достаточно высокую точность работы с пере- .седьмым входом вычислительного блбка, а меннйми параметрами нагрузки. привода" выхьд- с вторймвходом шестбгосуммато- только для определенной степени подвижнора, выход которого соединен с входом вто- стиопределенного исполнительного оргарогоусилителя,причемвторойвходвторого 35 на робота (для определенного закона блока умножения соединен с первым выхо- . изменения параметров нагрузки). Для дом вычислительного блока, второй итре- других манипуляторов с помощью указантий выходы которого подкл ючен ц ного устройства высокая точность обеспечесоответственно к первомуи второму входам на не будет, В частности, для приводов блока деления.40 манипуляторов типа В 5407, 5408, ТУРТакоеустройствосохраняетдостаточно 5 КМ, Гранат.5, кинематика которых изо-.вйсокую точность работы с переменными бражена на фиг. 2 и фиг, 3, Для достижения нагрузочными параметрами привода только высокого качества (точности) управления в том случае, когда электрическая постоян- следует разрабатывать другие корректируная времени двигателя близка к нулю, Од ющие устройства, которые обеспечивают ;" нако это условие справедливо только в точнуюкомпенсациюпеременныхпараметотдельных случаях. В общем случае индук- ров нагрузки, характерных для указанного тивное сопротивление якорной обмотки типа манипуляторов.двигателя, а следовательно, и электромаг- Цель изобретения - повышение точно- нитная постоянная времени якорной цепи 50 сти работы приводов манипуляторов типа не равны нулю, в результате чего в данном Зй, ТУР, 5 КМ, Гранат,5.устройстве коррекция уже не может обеспе- Поставленная цель достигается тем, что чить заданную точность привода, так как не в устройство, содержащее последовательно учитывает существенную особенность дви- соединенные первый сумматор, первый гателя. 55 блок коррекции, первый блок умножения,Известно также устройство для управ- . второй сумматор и второй блок умножения,ления приводом робота, содержащее после- последовательно подключенные усилитель довательно соединенные блок коррекции, и электродвигатель, кинематически связан- первый блок умножения, первый сумматор, нцй с датчиком положения, соединенным второй блок умножения, первый усилитель, выходом с первым входом первого суммато1754438 5 6ра; второй вход которого-подключен к пер-11 и блок 12 деления, выход которогосоедивому входуустройства, последовательно со- : нен с вторым входом блока 3 умножения, аединенные первый блок деления итретий.; также вычислительный блок 13, подключенблок умножения; последовательно подклю":ный семью входами к соответственйо с вто. ченные третий сумматор и второй блок де рого по восьмой входам устройства, первымления, выход которого соединен свторым, выходом к второму входу блока 5 умножевходомпервого блока"умножения, атакже, ния, вторымвыходомкйервомувходутретьвычислительный блок, подключенн.ый " его сумматора 11 и второму входу блока 9семью входами к соответственно с второго: деления, третьимвыходом- к второму входупо восьмой входам устройства, первым вы первого 9 и второго 12 блоков деления, аходом к второмувходу второго блока умно- четвертым выходом к второму входутретьежения, вторым выходом к первому- входу "го сумматора 11, второй выход блока 2 кор. третьего сумматора и второмувходуперво- рекции соединен с вторымвходомвторогогоблокаделения,третьим выходом квторо- . сумматора 4, а третий выход - с вторымму входу первого и второго блоков деления,: 15 входом блока 10 умножения, подключенное четвертйм выходом к второму входу треть го выходом к третьему входу второго суммаегосумматора,второйвыходпервогоблока тора 4, Устройство содержит такжекоррекции соединен с вторым входом вто- .: последовательно соединенные блок 14 коррого сумматора, а третий выход - с вторым,. рекции и четвертый сумматор 15, второйвходом третьего блока умножения; подклю вход которого подключен к выходу блока 5ценного выходом к третьему входувторого" .:умножейия, а выход - к входу усйлйтеля 6,сумматора, дополнительно введеныпосле-восьмой вход вычислительного блока 13 содовательно соединенные второй блок кор-единен с девятым входомустройства и пярекции и четвертый сумматор, второй вход тый выход - с входом блока 14 коррекции.которого подключен к выходу второго блока 25Устройство работает следующим обраумножения, а выход -"к входу усилйтеля,: .зом,восьмой вход вычислительного блока соеди-На его первый вход с программного ус. нен с девятым входом устройства, и пятыйтройства подается управляющее воздействыход - с входбм второго блока коррекции. .вие а, характеризующее требуемыйНа фиг. 1 представлена блок-схема уст законуправления обьектом. На выходе перройства управления приводом первой сте- . .вогосуюматора 1 формируется сигнал ошиб- .пени подвижности робота; на фиг, 2 - ,. ки д, который поступает на вход. блока 2исполнительный орган манипулятора, вид . коррекции. Блок коррекций содержит пер-".сбоку; на фиг. 3 - исполнительный орган, вое инерционное дифференцирующее звеманипулятора, вид сверху.35 но 29, первое апериодическое звено 30,Введены следующие обозначения: авх , апериодическое звено 31 второго порядка и- сигнал с выхода программного устройст-.,.: второе инерционное дифференцирующеева; д - сигнал ошибки; 01 - сигнал с выхода звено 32, После коррекции в блоке 2 корреквторого блока умножения; Ог - сигнал с . ции,атакжевблоках 3,4,5,10,15,усилива"выхода корректирующего звена; Оз - скор ясь в первом усилителе 6, сигнал поступает.ректированный сигнал на входе первого наэлектродвигательсредуктором,приводяусилителя; ср 4242 - сигналы с датчиков по- его вал, механически связанный с исполниложения, скорости и ускорения второй сте- ." тельным органом робота, во вращательноепени подвижности робота; о 1 - сигнал с движение с направлением,-скоростью и усдатчика положения первой степени подвиж корением, зависящим и от величины постуности; вг - сигнал с датчика массы.. -, дающего сигнала йх и От внвшнегоУстройство для .управления приводоммоментного воздействия Мв на привод.робота содержит последовательно соеди- "-.-.: Электроприводпри работе с различныненные первый 1 сумматор, блок 2 коррек-:ми грузами, а также За счет взаимовлияйияции, блок 3 умножения, второй 4 сумматор 50 степеней подвижности манипулятора облаи блок 5 умножения, последовательно под-.дает переменными моментными характериключемные усилитель 6 и электродвигатель стиками, которые могутмейяться в ширОких.7, кинематически связанный с датчиком 8 пределах. Это снижает качество электроположения, соединенным выходом с пер-привода и в некоторых случаях может привым входом первого сумматора 1, второй 5 вести к потере устойчивости его работы. Ввход которогоподключен к первому входу:." результате возникает задача, связанная сустройства, йоследовательно соединенныеобеспечением инвариантности динамичеблок 9 деления и блок 10 умножения, после-ских свойств электропривода к изменениямдовательноподключенныетретийсумматорего хорактеристик нагрузки, что позволяетобеспечить стабильность заданного качества системы.В данной заявке рассматривается уст, ройство для управления приводом робота,обеспечивающим перемещение относительно вертикальной оси с координатой р 1.Схема робота представлена на фиг, 2 (видсбоку) и фиг,. 3 (вид сверху), Данная конструкция исполнительного органа обеспечивает также вращение вокруг щарйиравторой степени подвижности робота в горизонтальной плоскости (обобщенная координата С 12).Для разработки у"тройства управленияприводом первой степени подвижности,обеспечивающего инвариантность динамических характеристик этого приъода к изменяющимся параметрамнагрузки,определим характеристики моментногодействия на этот привод со стороны перемещающихся масс исполнительного органа,схематическиизображенного на фиг. 2 ифиг. 3.Введены следующие обозначения:11- момент инерции первого звена манипулятора при вращении его вокруг вертикальной оси, проходящей через первыйшарнир (координата с 1 1);1 г - момент инерции второго звена манипулятора при вращении его вокруг вертикальной оси, проходящей через второйШарнир (координата с 12);1- момент инерции двигателя и вращающихся частей силовой механической передачи (редуктор) привода, .приведенный квыходу вала редуктора;.81- длина первого звена манипулятора;. 82- длина второго звена майипулятора;г 1 - расстояние от оси вращения первого звена до его центра масс;6- расстояние от оси вращения второго звена манипулятора до его центра масс.Из уравнения Лагранжа 2 рода определяется моментное воздействие йа приводповорота первой степени подвижности. Этовоздействие имеет видМВ=Н(Ц 2)Ц 1+Ь(с 12 Ц 2)с 1 1+Мв (1)ГдЕ Н(С 12)=11+12+(тг+тг)81 +т Гй г++281(вггг+вгй 2)СОЗС 12п(с 12 с 12)=28(тггг+вгйг)з 1 п(с 12)с 12, (2)Мвн=02+тгй 2+8(тга+Вгйг)СОЗС 12 Я 2-81(вггг+вгйг)с 1 гз 1 пс 12 .Для решения поставленной задачи с учетом изменяющихся параметров нагрузкипривода первой степени подвижности робота, выражения (1) и (2), необходимо сформировать такое устройство управления, чтобыоно обеспечивало независимость параметров привода от изменяющихся параметровмоментного действия, 10 15 родвигателя; К - моментный коэффициент электродвигателя; 20 25 30 35 40 45 50 55 При разработке этого устройства полагается, что на первый, второй, третий и шестой входы вычислительного блока 13 соответственно от датчиков 33 положения,скорости 34 и ускорения 35 второй степени подвижности и датчика 38 массы груза поступают сигналы с 12, с 12, с 12 и тг. Полагается также, что источники постоянного напряжения 36, 37,39,40 соответственно на четвертый,пятый, седьмой и восьмой входы вычислительного блока 13 подают сигналы 12,281 т 2 гг, 1.+11+12+тгй 1 и Кц) Км 1где К о =К м 1 р К м= Км 1 р,К со - коэффициент противоЭДС элек 11 р - передаточное отношение редуктора. Кроме того, полагается, что функциональные преобразователи 21 и 26 соответственно реализуют следуюЩие функциональные зависимости: з 1 П и соз. Первый (со стороны источника постоянного напряжения 37) и второй (со стороны датчика 38 массы груза) положительные входы сумматора 16 имеют соответственно коэффициенты усиления 1 и 2 8182. В результате на выходе функционального преобразователя 21 формируется сигнал з 1 пс 12, на выходе сумматора 15- сигнал 2 81(вги+тйг), а на выходе блока умножения 22- сигнал281(т 2 гг+вгйг)з 1 п(с 12) с 12=Ь(см. выражение (2.На выходе функционального преобразователя 26 формируется сигнал созс 12, а на выходе блока 17 умножения - сигнал281(вгс+вгйг)созс 12.Поскольку второй и третий положительные входы сумматора 27 (соответственно с выхода блока 17 умножения и источника 39 постоянного напряжения) имеют единичный коэффициент усиления, а его первый положительный вход(со стороны датчика 38 масы груза) коэффициент усиления (8 1+В 2), то на выходе сумматора 27 формируется сигнал, равный Г+Н (см. выражение (2,Сигнал, равный 281(т 2 Г 2+п 1 гй 2)з 1 п(с 12)с 12, формируется на выходе блока 23 умножения. Поскольку первый положительный вход сумматора 18 (со стороны блока 17 умножения) имеет коэффициент усиления, равный 1/2, второй положительный вход (со стороны датчика 38 массы груза) имеет коэффициент усиления, равный В 2, а третий положительный вход (со стороны источника 37 постоянного напряжения) единичный, то на выходе этого сумматора будет формироваться сигнал, равный 12+тгй 2 "81(тгггтЯ 2)созЦ 2,2-яр + Ря01 Км + МвнЗ.яр + Йя Тзр + 1Из выражения (8) видно, что, если величина Тз достаточно мала, то с помощью дополнительного сигнала 02 с достаточновысокой степенью точности удается компенсировать и отрицательное влияние Мвнна качественные показатели рабаты привода рассматриваемой степени подвижностиробота,Таким образом, применение нового вычислительного блока 13 вместе с корректирующим звеном 14,и четвертым сумматором15 позволило достичь высокой точности управления указанным приводом манипулятора типа Яй, ТУР,5 КМ и Гранат,5,Формула изобретенияУстройство для управления приводомробота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, первый блоккоррекции, первый блок умножения, второйсумматор и второй блок умножения, последовательно подключенные усилитель иэлектродвигатель, кинематически связанный с датчиком положения, соединенным, выходом с первым входом первого сумматора, второй вход которого подключен к первому входу устройства, последовательно соединенный первый блок деления и третий 5 блок умножения, последовательно подклю-,ченные третий сумматор и второй блок де-. - ления, выход которого соединенсвторым . входом первого блока умножения, а также"вычислительный блок, подключенный 10 семью входами к соответственно с второгопо восьмой входам устройства, первымвы- .ходом к второму входу второго блока умножения, вторым выходом- к первому входу третьего сумматора и второму входу перво- " 15 го блока деления, третьим выходом - к вторым входам- первого и второго блоков деления, а четвертым выходом - к второму входу третьего сумматора, второй выход первого блока коррекции соединен с вто рым входом третьего блока умножения, подключенного выходом к третьему входу второгосумматора, отл ича ющееся тем; что, с целью повышения точности устройства, оно содержит последовательно соеди ненные второй блок коррекции и четвертыйсумматор, второй вход которого подключен к выходу второго блока умножения, а выход - к входу усилителя, восьмой вход вычислительного блока соединен с девятым входом 30 устройства и пятый выход - с входом второго блока коррекции.. Бандур а су уизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул, Гагарина, 1 аказ 285 ВНИИ Составитель 8. ФиларетовТехред М.Моргентал Корректор О. Юрковецка Тираж Подписноеенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 13035, Москва, Ж, Ра шСкая наб 4/5