Манипулятор и способ управления им

ПИСАН К АВТОРСК СВИДЕТЕЛЬСТВУческий инстиский институт нков, А,И.Шияо СССР1985.о СССР981. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) МАНИПУЛЯТОР И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМ(57) Использование, В манипуляторах для автоматизации транспортировки деталей. Сущность изобретения: для питания электромагнита 6 захвата деталей используется ток обмотки 3, размещенной на подвижном вторичном элементе 2 линейного асинхронного двигателя. Для включения, удержания и отключения электромагнита 3 регулируют частоту и напряжение тока обмотки индуктора линейного асинхронного двигателя, 2 с, и 1 з.п. ф-лы, 7 ил,5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 Изобретениеотносится к электротехнике, в частности, к регулируемому электро- приводу переменного тока и может быть использовано для автоматизации вспомогательных операций при штамповке, сборке, механической обработке, сварке и т,д.Известен манипулятор, содержащий линейный асинхронный двигатель с индуктором с обмоткой переменного тока, подвижный вторичный элемент и захват, размещенный на вторичном элементе.Недостатком известного технического решенйя является необходимость введения гибкой связи или осуществления иных контактов между системой управления и захватом, расположенным на подвижной части манипулятора.Целью изобретения является повышение надежности манипулятора,В предлагаемом манипуляторе указанная цель достигается тем, что вторичный элемент снабжен обмоткой и введены электромагнит, закрепленный на захвате, мостовой выпрямитель, выводы переменного тока которого подключены к обмотке вторичного элемента, а выводы постоянного тока - к обмотке электромагнита, иконденсатор, шунтирующий обмотку электромагнита. Известен способ управления манипулятором, при котором фиксируют начальное положение и конечное положение вторич; ного элемента, включают захват, осуществляют перемещение захвата, разгоняя его до максимальной скорости с последующим торможением, остановкой в конечном положении и отключением захвата,Недостатком этого технического решения является отсутствие возможности бесконтактного управления захватом, размещенным на подвижной части манипулятора.Целью изобретения является повышение надежности манипулятора.В предлагаемом способе управления манипулятором указанная цель достигается тем, что включение захвата осуществляют увеличением амплитуды и частоты тока обмотки индуктора линейного двигателя до максимального значения, разгон захвата до максимальной скорости и торможение его - изменением амплитуды и частоты указанного тока, а отключение захвата осуществляют уменьшением амплитуды и частоты тока обмотки индуктора линейного двигателя. Предлагаемый способ реализован в устройстве для управления манипулятором,На фиг.1,2 представлены варианты подключения электромагнита захвата к обмотке вторичного элемента; на фиг.3 - функциональная схема устройства для управления манипулятором; на фиг.4 - принципиальная схема блока задания режимов работы; на фиг.5 - принципиальная схема формирователя кода скорости, на фиг.6 - компановочная схема манипулятора; на фиг.7 - диаграмма работы отдельных узлов устройства для уп равления манипулятором.Манипулятор содержит индуктор 1 линейного асинхронного двигателя с вторичным элементом 2, обмотка 3 которого соединена через мостовой выпрямитель 4, на выходе которого включен конденсатор 5, с электромагнитом 6 захвата, расположенным на вторичном элементе 2.Устройство для управления манипулятором содержит следующие основные элементы, Регулятор 7 скорости, преобразователь 8 координат и преобразователь 9 энергии последовательно соединены между собой, Преобразователь 8 координат включает последовательно соединенные между собой первый координатный преобразователь 10 и второй координатный преобразователь 11, а также формирователь 12 опорных сигналов второго координатного преобразователя 11,Выход преобразователя 9 энергии подключен к обмотке индуктора 1, Выход задатчика 13 реактивного тока подключен к соответствующему входу первого координатного преобразователя 10 и первому входу формирователя 14 частоты токов вторичного элемента 2, второй вход которого связан с выходом регулятора 7 скорости. Выход формирователя 14 соединен с первым входом формирователя 12, со вторым входом которого соединен первый выход генератора 15 опорных сигналов, Второй выход генератора 15 соединен с входом формирователя 16 синусоидальных сигналов, выходы которого подключены ко входам первого координатного преобразователя 10,Умножитель 17 частоты включает последовательно соединенные формирователь 18 приращений перемещения, формирователь 19 кода скорости, выполненный на элементах логики, и регулируемый делитель 20 частоты, а также преобразователь 21 кода в аналоговый сигнал, связанный с выходом формирователя 18.Выход датчика 22 перемещения подключен ко входу формирователя 18, Третий выход генератора 15 связан с соответствующим входом регулируемого делителя 20, выход которого связан с третьим входом формирователя 12, Выход преобразователя 21 связан со входом регулятора 7, Четвертый выход генератора 15 связан с третьим входом формирователя 14,) и частотойпо игнал ВП принисигнал ОП устаогического нуля, ель 9 и в обмоткетоки 1 а, 1 ь, 1 с затоты; Вторичный модействовать с 55 Блок 23 задания режимов работы содержит дешифратор 24, построенный налогических элементах, входы котОрого соединены с соответствующими выходамипрограммного устройства манипулятора(не показано) и выходом. формирователя18. Выходы дешифратора подключены ксоответствующим входам задатчика 25 ско-рости, формирователя 26 сигнала максимального скольжения и формирователя 27сигнала отключения преобразователя, Выход задатчика 25 соединен со входом регу-.лятора 7, Выход формирователя 26соединен со входом формирователя 19, выход.формирователя 27 подключен к соответствующему входу преобразователя 9.Управляющий вход задатчика 25 соединен свыходом регулируемого делителя 20. Управляющий вход формирователя 26 связан спервым выходом генератора 15. Управляющий вход формирователя 27 соединен с соответствующим выходом программногоустройства.Задатчик 25 и формирователи 26, 27 состоят из следующих основных элементов,Задатчик 25.содержит последовательносоединенные логйческий элемент 28, счетчик 29 импульсов перемещения, логическийэлемент 30, а также операционный усилйтель 31 и инвертор 32, выходы которых подключены к контактам реле 33, и триггер 34,выход которого подключен к базе транзистора 35, в коллекторную цепь котороговключена катушка реле 33.Формирователь 26 содержит последовательно соединенные триггер 36, счетчик37 и логический элемент 38, выход которогоподключей ко входу установки триггера 34 вединичное состояние, з также инвертор 39,вход которого соединен с прямым выходомтриггера 34, э выход подключен ко входуустановки триггера 36 в единичное состояние.Формирователь 27 содержит последовательное соединенные триггер 40 и логические элементы 41,42.Захват 43 манипулятора смонтированна вторичном элементе 2, На основании 44закреплены: индуктор 1, ограничители 45 и.46 хода вторичного элемента 2, кассета 47для размещения стопы деталей 48, столик49 для размещения нижней детзли 48,перед. ее транспортировкой в рабочую зону и,столик50 для приема деталей в рзбочей зоне.Способ управления манипулятором реализуется в устройстве для управления манипулятором следующим образом.Перед началом работы манипуляторавторичный элемент 2 находится в крайнемлевом положении,Сигнал включения привода (В П) имеетуровень логического нуля. при этом сигнал отключения преобразователи (ОП) установлей на уровне логичеСкой единицы и преобразователь 9 энергии отключен.При отключенном преобразователе 9 токи в обмотке индуктора 1 и вторичного элемента 2 отсутствуют, электромагнит 6 отключен. Захват 43 разжат, например, под действием силы упругости пружины. В кассету 47 загружаются детали 48, при этом нижняя деталь 48 размещается на поверхности столика 49.:Вторичный элемент 2 неподвижен. Во всех разрядах формирователя 18 установлены логические нули. Сигнал Чо обратной связи по скорости на выходе преобразователя 21 имеет нулевую величину. Счетчик 29 установлен в нулевое положение, на выходе логического элемейта 30 установлен высокий уровень,на выходах операционного усилителя 31 иинвертора 32 максимальное напряжения. В момент времени 1 = 0 по импульсному25 сигналу начальной установки (НУ) триггеры 34 и 40 устанавливаются в нулевое состояние, сигнал максимального скольжения (МС) на прямом выходе триггера 36 устанавливается на уровне логической единицы. Формирователь 19 пропускает нулевой код с выхода формирователя 18 на вход делителя 20, частота 1 = р 1 на выходе делителя 20 равна нулю.1 ранзистор 35 открыт, реле 33 включено, на вход регулятбра 7 поступает сигнал Чз задания скорости, имеющий отрицательную полярность и максимальную величину. Соответственно, на выходе регулятора 7 устанавливается сигнал я задания активного 40 тока отрицательной полярности и максидуктора 1 с максимальной амплитудой с = (1 ч)2+ 1 2 1 скпах,соответвеличине сигмальной величины (соответствующий уставке ограничения сигнала 1 ч),На выходе преобразователя 8 координат устанавливается трехфазная система сйгналов 1 зд, 1 зв,зс задания токов инствующеи максимальномуВ момент времени 11. с мает единичное значение навливается на уровне л включается преобразоват индуктора 1 формируются данной амплитудыи час элемент 2 начинает взаи ограничителем 45,Таким образом, фиксируется начальное положение вторичного, элемента 2,В момент времени т 2 по импульсному сигналу Вл триггер 36 переводится из единичного в нулевое состояние, По нулевому сигналу МС блокируется прохождение сигнала с выхода формирователя 18 и йа входе регулируемого делителя 20 устанавливается максимальный код. В обмотках индуктора 1 формируются токи максимальной амплитуды и частоты, линейный асинхронный двигатель работает в режиме максимального скольжения. При этом в фазах обмотки 3 вторичного элемента 2 индуктируются ЭДС, вызывающие протекание токов, достаточных для срабатывания электромагнита 6, что обеспечивает захват нижней детали 48 из стопы, Вторичный элемент 2 продолжает взаимодействовать с ограничителем 45.Таким образом, включается захват 43 при максимальных зйачениях амплитуды и частоты тока обмотки индуктора 1 линейного двигателя и фиксированномйачальном йоложении вторичного элемента 2;Счетчик 37 начинает счетчисла импульсов, поступающих с генератора 15; За период времени тз - т 2, необходимйй для захвата детали 48, на всех выходах счетчика 37; связанных со входами логическогоэлемента 38, появляются единичные сигналы. По нулевому сигналу.с выхода логического элемента 38 триггер 34 переводится"в еди; ничное положение, на прямом выходе триггера 36 появляется единичныйсигнал и двигатель выходит из режима максимального скольжейия, счетчик 37 сбрасывается, на выходе логического элемента 38 появляется единичный Сигнал,Закрывается транзистор 35 йонулевому сигналу с инверсного выхода триггера 34, реле 33 отключается, ина вход регулятора 7 поступает сигнал Чз максймальйой величины и положительной полярности. Вторичный элемент 2 разгоняется с максимальным ускорением в соответствии со способом частотно-токового управления, при этом в обмотке индуктора 1 формируется ток с максимальной амйлитудой и частотой, изменяющейся по закону 1 с сквах+ р 1 чПо мере разгона вторичного элемента 2 разность сигналов Чз и Чос уменьшается, При выходе на максимальную скорость регулятор 7 выходит из состояния ограничения сигнала 1 ц. Привод " входйтв режим стабйлизации скороСти, при котором ток в обмотке индуктора 1 соответствует усилию сопротивления движению вторичного элемента 2.Таким образом, осущвсталяется перемещение захвата 43, разгоняя его до макси 10 20 мальной скорости, изменением частоты и амплитуды тока обмотки индуктора 1,При движении вторичного элемента 2, когда хотя бы в одном разряде формирователя 18 появляется единичный сигнал, на прямом выходе триггера 40 появляется единичный сигнал. Счетчик 29 начинает счет числа импульсов перемещения, поступающих с выхода делителя 20 через логическийэлемент 28В момент времени та, когда вторичный элемент 2 переместится на определенное расстояние; на" всеМ выходах счетчика 29, связанных с логическим элементом 30, появляется уровеньлогической единицы, а навыходе логического элемента 30 - уровень логического нуля, Прохождение импульсов перемещения на вход счетчика 29 прекращается. С выходаинвертора 32 на вх 6 д регулятора 7 поступает минимальноенапряжение. Двигатель тормозится в Режиме рекуйеративного"торможения с максимальным ускорением, при этом частота тока в обмотке индуктора определяется выраже 25 нием с Гсквах+РчПо мере торможения вторичного эле, мента 2 разностьСигналов Чз и Чо, умень. шается; Регулятор 7 выходит из состоянияограничения сигнала 1 ч с момента времени 30 т 5. Двигатель выходит на устанбвочнуЮ скорость, работая-смомента времени 16 в двигательном режимЕ. Процесс торможениясопровождается йереходом тока вторйчно- .го элемента 2 через ноль. В этот промежуток 35 времени катушкаэлектромагнита 6 получает питание от конденсатора 5,Таким образом, осуществляется торможение захвата 43 йзменением частоты и амплитуды тока обмотки индуктора 1.40 В "моментвремени т 7 вторичный элемент 2 упираетсявограничитель 46, Счетчик 29 сбрасывается в исходное положение, в результате чего йа вход регулятора 7 поступает сигнал Чз"максимальной величйны.45 Таким образом, захват 43 останавливается и фиксируется в конечном положении,На обойх входах логического элемента41 единичные сйгналы; в результате чего сигнал ОП принимает единичное значение и 50 преобразователь 9 отключается, Токи в обмотке 3 умейьшаются до нуля. Конденсатор 5 разряжается"иэлектромагнит 6 отключается. Захват 43 разжимается и деталь 48 попадает на столик 50.Таким образом, осуществляется отключение захвата 43 уменьшением амплитуды тока обмотки индуктора 1 линейного двигателя.В момент. времени тв по импульсномусигналу Нз триггеры 34 и 40 переводятся внулевое состояние, открываются транзистор 35, включается реле 33 и на вход регу лятора 7 поступает сигнал Чз максимальнойвеличины и отрицательной полярности. Одновременно сигнал ОП принимает нулевое 5значение и включается преобразователь 9,Вторичный элемент 2 разгоняется в обратном направлении с мак"имальным ускорением,При движении вторичного элемента 2 10на прямом выходе триггера 40 появляетсяединичный сигнал, а счетчик 29 начинаетсчет импульсов перемещения.К моменту времени тэ вторичный эле- .мент 2 перемещается на определенное расстояние, после чего на вход регулятора 7поступает сигнал Чз минимальной величи-.ны, Двигатель переходит в режим рекуперативного торможения, и с момента времени11 о работает в двигательном режиме. 20Таким образом, осуществляется пе-.ремещение захвата 43 в обратном. направлении, разгоняя его до максимальнойскорости с последующим торможением из-"менением амплитуды и частоты тока обмотки индуктора 1,В момент времени 111 вторичный эле. мент 2 упирается в ограничитель 46. На вход., регулятора 7 поступает максимальное нап ряжение. П реобразовател ь 9 отключается 30по единичному сигналу ОП,Таким образом, осуществляется остановка захвата 43.В момент времени 112. по сигналу Вптриггеры 36 и 40 переводятся в нулевое состояние, Включается преобразователь 9,двигатель работает в режиме максимально-.го скольжения. С этого момента начинаетсяновый цикл работы устройства, реализующего предложейный способ управления манипулятором.Предлагаемое техническое решениеобеспечивает повышение надежности работы манипулятора за счет отсутствия необхо- .димости введения гибкой связи или 45осуществления иных контактов системой .управления и электромагнитом захвата,расположенного на подвижной части.Эффективность использования предлагаемого технического решения обуславливается повышением производительностйманипулятора за счет повышения надежности егоработы.Формула изобретения1, Манипулятор, содержащий линейный 55асинхронный двигатель с индуктором с обмоткой переменного тока, подвижный вторичный элемент, захват; размещенный навторичном элементе, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения надежности; вторичный элемент снабжен обмоткой, введены электромагнит, закрепленный на захвате, мостовой выпрямитель, выводы переменного тока которого подключены к обмотке вторичйого элемента, а выводы постоянного тока к обмотке электромагнита, и конденсатор, шунтйрующий обмотку электромагнита. Ъ2, Манипулятор по п,1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения производительности, в него введены система управления статорной обмоткой линейного асинхронного двигателя, составленная иэ последовательно соединенных первого и второго преобразователей координат с опорными входами, и преобразователя энергии, выходом подключенного к статорной обмотке линейного асинхронного двигателя, задатчика активного тока, регулятораскорости свходами задания скорости и обратной связи по скорости, выходы которого соединены с входами первого преобразователя координат, формирователя частоты токов обмотки вторичного элемента, входом подключенного к выходам задатчика активного тока и регулятора скорости, формирователей опорных сигналов с тремя входами и синусоидального сигнала и гене-. ратора опорных сигналов, выходы которого соединены с первым входом формирователя опорных сигналов и входом формирователя синусоидальных сигналов, выходы которых подключены к опорным входам преобразователей координат, второй вход формирователя опорных сигналов соедийен с выходом формирователя частоты токов, и введены блок задания режимов работы с входами для подключейия к внешнему устройству, входами задания кода скорости, опорным входом, входом задания перемещения и выходомотключения и ьФксиМального скольжения, датчик перемещений, механически связанный с вторичным элементом, и цифоовой формирователь приращения перемещения, входы которого подключены к выходам дачика перемеще-. ний, генератора опорных сигналов и выходу максимального скольжейия блока задания режимов, а выходы - к входу обратной связи регулятора скорости и входузадания кода скорости блока задания режима, выход которого подключен к входу задания скорости регулятора, а преобразователь энергии снабжен входом отключения, соединенным с выходом отключения блока задания режимов.3, Способ управления манипулятором, при котором фиксируют начальное и конечное положения вторичного элемента, вклю5Ьчают захват, осуществляют перемещение захвата, разгоняя его до максимальйой скороСти с поСледующим торможением, остановкой в конечном положении и отключением захвата, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью йовышенйянадежности; включенйе захвата осуществляют увеличением амплитуды и частОты тока обмотки индуктора линейного асинхронного двигателя до максимального значения, разгон захвата - до максимальной скорости и торможение его - изменением амплитуды и частоты укэ занного тока, отключение захвата осуществляют уменьшением амплитуды и частоты тока обмотки индуктора линейного асинхронного двигателя.1782720 .ИОФиг. 7Составитель В. Медведеведактор Г. Бельская Техред М.Моргентал Корректор М, Ткач Заказ 4477 Тираж Подписное ВНЙИПИ,Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5роВФдйтвеннб-йздательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина