Устройство для управления приводом манипулятора

Устройство для управления приводом манипулятора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области робототехники и может быть использовано при создании приводов манипуляторов. Целью изобретения является улучшение динамических характеристик устройства. Устройство содержит последовательно соединенные сумматор, первый усилитель, выпрямитель, первый блок умножения, второй усилитель, двигатель, на выходном валу которого находятся датчики положения и скорости. В состав устройства входят также соответствующим образом соединенные сумматоры, релейный блок, задатчики сигнала, усилители, блоки умножения и деления, квадраторы, функциональные преобразователи. В процессе перемещения рукой манипулятора какого-либо груза устройство позволяет компенсировать изменения параметров и воздействия от взаимовлияния степеней подвижности манипулятора. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 В 25 .1 13/00, 9/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4323433/31-08 (22) 06. 10,87 (46) 30.07.89. Бюл. Р 28 (71) Дальневосточный политехнический институт им.В.В.Куйбьппева (72) А.А.Дыда и В.Ф .Филаретов (53) 62 1-229.72 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 463097, кл. G 05 В 11/28, 1972, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ МАНИПУЛЯТОРА (57) Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании приводов манипуляторов.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик устройстИзобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании приводов манипуляторов.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик устройства за счет исключения изменений параметров привода, обусловленных взаимовлиянием степеней подвижности манипулятора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, а на фиг. 2— кинематическая схема.

Устройство содержит первый сумматор 1, первый усилитель 2, выпрямитель 3, первый блок 4 умножения,. второй сумматор 5, релейный блок 6, второй усилитель 7, двигатель 8, датчик

9 скорости, датчик 10 положения, третий сумматор 11, первый задатчик

12 сигнала, первьп» квадратор 13, треÄÄSUÄÄ 1496999 А 1 ва. Устройство содержит последовательно соединенные сумматор, первый усилитель, выпрямитель, первьпt блок умножения, второй усилитель, двигатель, на выходном валу которого находятся датчики положения и скорости. В состав устройства входят также соответствующим образом соединенные сумматоры, релейный блок, задатчики сигнала, усилители, блоки умножения и деления, квадраторы, функциональные преобразователи. В процессе перемещения рукой манипулятора какого-либо груза устройство позволяет компенсировать изменения параметров и воздействия от взаимовлияния степеней подвижности манипулятора. 2 ил. тий усилитель 14, четвертый сумматор 2

15, второй блок 16 умножения, четвертый усилитель 17, третий блок 18 умножения, пятый усилитель 19, блок

20 деления, пятый сумматор 21, чет-:. вертьп» блок 22 умножения, второй © квадратор 23, пятый блок 24 умноже- © ния, второй задатчик 25 сигнала, шес- C© той сумматор 26, шестой усилитель 27. {© седьмой усилитель 28, шестой блок

29 умножения, восьмой усилитель 30, седьмой сумматор 31, третий задатчик 32 сигнала, первьп» функциональный преобразователь 33, седьмой блок 34 умножения, девятый усилитель

35, восьмой сумматор 36, второй функциональный преобразователь 37, девятый сумматор 38, четвертый задатчик 39 сигнала, пятьп» задатчик

40 сигнала.

1496999

4 2

-т (1 о +19) с,+ шз(19 + Чз) Ч,+

1 .2

2(m„+m,) Чз

Т где

С учетом того, что

2 ° —.— = 1 q + I q + m (1*+q )q9 + ш.(19+ 19+ 19) 1, д

1 (I 9+I„) q, + m 9(19+ q 9) q + 2m 9(19+ q z) q q 9

ОТ

q + 19)q, + 2,(19+ 99 19)q q>

+ О дТ

4t 8q1

+ шг(19+

И (1 3) 1I (,)

+ -,(1s..+

h = Ь(с

Г(9

Ка ч (р) = — -- ——

9 Тяр+1 где K = (K +R 1/KJ " (4) коэффициент передачи двигателя по скорости;

его постоянная времени.

<) 5 3 М 4>

На фиг. 2 указаны q обобщенные координаты; m — масса захваченного груза; 1 — исходное расстояние от центра масс горизон5 тального звена до средней точки схвата; 1 — исходное расстояние от оси вращения горизонтального звена до средней точки схвата.

Устройство работает следующим образом.

Исполнительный орган манипулятора имеет три степени подвижности: вокруг вертикальной оси (обобщенная координата q ), вертикальное перемещение (обобщенная координата с1 ), и горизонтальные перемещения (обобщенная координата q ).

Моментные характеристики привода, управляющего координатой q „„ суще- 20 ственно зависят от координат q3 и

q . Запишем уравнение динамики привода поворота. Для этого воспользуемся уравнением Лагранжа 2-ro рода.

Кинетическая энергия Т движущихся масс исполнительного органа при

q = const может быть представлена в виде можно записать, что моментное ВО3действие на привод поворота имеет вид

q+ (.ЧИ q3)qi

= m (1 9+ ЧИР+ з *

Ч 3 ls) Is

q ) = 2(т (1" + q ) + 45

q + 1>))q (2) Учитывая соотношения (1) и .(2), исполнительный двигатель постоянного тока с независимым возбуждением дос- 50 таточно точно можно описать передаточной функцией

И (р) — — — «(K M+ — "/ "), (3)

" 9(р) — (RS (H+I) /(М,+К„К „ ) р+1 где К вЂ” моментный коэффициент двига . м теля;

К 1 в коэффициент противо-ЭДС; момент инерции вертикального звена исполнительного орraна массой тп относительно продольной оси; момент инерции горизонтального звена исполнительного органа массой m 9 относительно поперечной оси, проходящей через центр масс; момент инерции ротора двигателя и вращающихся частей редуктора; исходное расстояние от оси вращения горизонтального звена до его центра масс (пРИ q9 = 0); расстояние от центра масс

r ориз онтальног о звена до средней точки схвата; масса захваченного груза.

R — активное сопротивление цепи

9 якоря, р — символ дифференцирования.

Для большего удобства передаточную функцию перепишем в виде

Соотношения (3) и (4) справедливы для двигателей постоянного тока с достаточно малой электрической постоянной времени, что имеет место для большинства современных исполнительных двигателей.

1496999

При ненулевых начальных условиях или при подаче задающего сигнала в рассматриваемой системе возникает скользящий процесс. за счет смены структуры с колебательной устойчивой на апериодическую неустойчивую. Для второй структуры существует вьтрож-. денное движение, определяемое отрицательным вещественным корнем Л» 10 характеристического уравнения. Скользящий режим вознтткает и будет возникать, если наклон линии переключения с ъ »» . Изменение структуры системы происходит при переключении ре- 15 лейного блока 6. Уравнение линии переключения имеет вид (5) Е= сЕ, 20 где E- Š— сигнал рассогласования и его производная;

С=-K,/К вЂ” наклон линии переключения;

К, — коэффициент передачи первого усилителя 2;

К вЂ” коэффициент передачи по цепи скоростной обратной связи, определяемый величиной сигнала на первом входе блока 22 умножения.

Корень характеристического уравне ния Д, определяется из формулы

35 (6) гт где К вЂ” коэффициент передачи второ2 го усилителя 7.

С учетом (6) условие"возникновения и существования скользящего режима можно записать в виде:

40 гк„т (7)

1 + 1 + 4т К К,К

Поскольку решение уравнения (5), описывающего скользящий режим, имеет вид

f(t) = Я(о) ехр(-К„ t/Ê ), то при К „= const максимальная скорость затухания монотонного скользящего переходного процесса достигается при минимальном значении К удовлетворяющем выражению (7), т. е. при вычислении К с по выражению (7).

Однако для тога, чтобы в праттсссе работы из-за разного рада погрешностей не произошло <-.рьтва скал.-.зящего режима, фактическое:значение К, должно несколько (на 5-207) превышать значеьн»е, вычислепнт.е па правой части отношения (7) . Беппчпна запаса, который нужна ввести пля К определяется точностью вы »иоле»»»тй, зависящей от выбранной элементной базы и точности используемых в системе датчиков. Чем вь»ше точность, тем меньшим может бьггь вь»бран запас.

В рассматриваемой системе с пере— менной структурой для >-правления приводам робота параметры Т, К> зависят от координат q, q, а также з от массы гру".а в схвате, поэтому для орга»тизаци»т скользящет а режима необходимо непрерывна подстраивать

К с в соответствии с соотношенп— ем (7) .

Формирование сигнала, определяющего К„, осуществляется следующим образом.

Вьггнсленная в сумматоре 11 сумма сигнала q измеряемого датчиком положения горизонтального звена ма+ нипулятора, и сигнала 1, поступающего с задатчика 12, через первый квадратор 13 и усилитель 14, имеющий коэффициент передачи m, подается на сумматор 15. Этот же суммарный . сигнал q з + 1 з складывается в сумФ маторе 21 с сигналом 1 З, поступаю— щим с задатчика 32, и через второй квадратор 23 подается на блок 24 умножения, где он умножается на сигнал датчика массы схвата, соответствующий массе груза m è складывается в сумматоре 15 с сигналом m (1 + q ) и сигналом I + I + I, поступающим с выхода задатчика 25. В результате на выходе сумматора 15 получается сигнал, равный тп (1 + q >) +

+ m„(1> + q> + 1з) + Is + т к+ т.е. Н + I.

Выходной cHI HAJJI q > + 1 > + 1 я сумматора 21, умножаясь в блоке 16 умножения на сигнал ш»-,суимируется с сигналом q > + 1,усиленным в m3 раз усиФ лителем 27. В результате выходной сйгнал сумматора 26 равен m (q +1 з)+ ф з з 3

+ m (q + 1 + 1 g. Этот сигнал, усиленный вдвое усилителем 23, умножается в шестом блоке 29 умножения на сигнал т1з, снимаемый с датчика скоРости горизонтального звена матптпулято1496999

30 формулаизобретения устройство для управления приво55 дом манипулятора, содержащее последовательно соединенный первьп сумма-тор, первый усилитель, выпрямитель, первьп блок умножения, второй усилира. Таким образом, на выходе блока 29 умножения формируется сигнал h, который после усиления в vc øøòåïå 30 в

Rq/К,„раз и сложения в сумматоре 31 с сигналом К п,поступающим с задатчика

39, подается на вход первого функционального преобразователя 33„ реализующего вычисление зависимости f< (х) = х »а выходе первого 10 функционального преобразователя 33 сигнал имеет вид (К,„+К 1>/К,) -, т,е.

К . На этот сигнал в блоке 18 умножения умножается спгнал Н + I, предварительно усиленный в В. /К, раз уси- 15 лителем 17. Таким образом, выходной сигнал блока 18 умножения определяется как R 5(Т4ьЦ) /(К „К ) =Rz(11+I) /

/(К, (Кь>+В.э1>/К ) ) = Т, . Далее сигнал Т, усиленный в 2К раз усилителем 19, поступает па блок 20 деления и на усилитель 35, имеющий коэффициент передачи 2К,, Быхоцной сигнал усилителя 35, имеющий вид 4К„K Т, умножаясь в блоке 34 умножения на сигнал К и складываясь с единичным сигналом, поступающим с задатчика

40, подается на вход второго функционального преобразователя 37, реализующего вычисление зависимости

fz(х) = х. Выходной сигнал второго функционального преобразователя 37, складываясь с единичным сигналом, поступающим с зздатчика 40, подается на блок 20 деления. Б результате на выходе блока 20 деления в соответст—

35 вии с формулой (7) формируется сигнал 2К,Т /(1+ 1Т + 4Т К К„К ), поступающий на вход блока 22 умно>кения, который включен в цепь скоростной обратной связи и поэтому определяет коэффициент обратной связи по скорости. Для того чтобы обеспечить упомянутый выше запас по К„, коэффициент передачи по второму входу сумматора

5 устанавливается равным 1,05 — 1,2.

Б этом случае согласно (7) возникает и существует скользящий режим работы.

Поэтому переходный процесс имеет монотонный характер, время его протекания в среднем становится существенно меньше. тель и двигатель, связанный с датчиком скорости и датчиком положения, выход которого подключен к. второму входу первого сумматора, соединенного вторым входом с первым входом устройства, а выход первого усилите— ля через последовательно подключенные второй сумматор и релейньп1 блок соединен с вторым входом первого блока умножения, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик, в него введены пять задатчиков сигна— ла, второй блок умножения и последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, третий усилитель, четвертый сумматор, четвертый усилитель, третий блок умножения, пятый усилитель, блок деления и четвертый блок умножения, последовательно под— ключенные пятый сумматор, второй квадратор и пятый блок умножения, последовательно соединенные шестой усилитель, шестой сумматор, седьмой усилитель, пятый блок умножения, восьмой усилитель, седьмой сумматор и первый функциональный преобразователь, а также последовательно подключенные девятый усилитель, шестой блок умножения, восьмой сумматор, второй функциональный преобразователь и девятый сумматор, второй вход которого соединен с вторым входом восьмого сумматора.и выходом пятого задатчика сигнала, а выход — с вторым входом блока деления, подключенного

TIppBbIH входом к входу девятого усилителя, первый вход третьего сумматора соединен с выходом первого задатчика сигнала, второй вход — с вторым входом устройства, а выход — с первым входом пятого сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика сигнала, а выход — к первому входу второго блока умножения, соединенного выходом с вторым входом шестого сумматора, а вторым входом — с третьим входом устройства и входом пятого блока умножения, выход которого подключен к второму входу четвертого сумматора, соединенного третьим входом с выходом второго задатчика сигнала, второй вход шестого блока умножения подключен к четвертому входу устройства, выход четвертого задатчика сигнала соединен с вторым входом седьмого сумматора, выход первого функционального преобразователя подключен к

1496999

А/2. 2

Составитель Е.Политов

Техред М.Ходанич

Корректор О. Кравцова

Редактор И.Рыбченко

Заказ 4378/18 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, R-.35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 вторым входам третьего и седьмого блоков умножения, а выход датчика скорости соединен с вторым входом четt вертого блока умножения, подключенного выходом к второму входу второго сумматора.