Устройство для управления приводом робота

Устройство для управления приводом робота

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в электроприводах промышленных манипуляторов. Цель изобретения - повышение точности устройства . Устройство для управления приьодсм робота (объект 15) содержит сумматоры 1,3, 40, апериодическое звено 2 второго порядка , блоки 4, 11, 13 умножения, блоки 5, 14 делений, усилитель 6, исполнительное устройство 7, датчик 8 положения, инерционные дифференцирующие звенья 9, 12, апериодическое звено 10, датчики скорости 16, тока 17, ускорения 18, вычислительный блок 19 и источник 39 опорного напряжения . Вычислительный блок 19 содержит сумматоры 20, 25, 27 блоки 21, 28 деления, релейные элементы 22, 33, 34, источник 23 опорного напряжения, блоки 24, 36 умножения , усилитель 26, выпрямители 29, 37, нелинейные элементы 30, 31, элементы 32, 35 выборки-хранения, интегратор 38. 2 и

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) G 05 В 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЪ|ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Г яиФюгюэ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1541554 (21) 4690877/24 (22) 30.03,89 (46) 23.11,91. Бюл. М 43 (71) Дальневосточный политехнический институт им. B.Â. Куйбышева (72) В.Ф. Филаретов и Ю.B. Миляновский (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР (Ф 1541554, 05.10.87, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ПРИВОДОМ РОБОТА (57) Изобретение относи ся к автоматике и может быть использовано в электропривадах промышленных манипуляторов. Цель изобретения — повышение точности устрой„„59„„1693589 А2 ства. Устройство для управления приьодом робота (объект 15) содержит сумматоры 1, 3, 40, апериодическое звено 2 второго порядка, блоки 4, 11, 13 умножения, блоки 5, 14 деления, усилитель 6, исполнительное устрсйство 7, датчик 8 положения, инерционные дифференцирующие звенья 9, 12, апериодическое звено 10, датчики скорости

16, тока,7, ускорения 18, вычислительный блок 19 и источник 39 опорного напряжения. Вь числительный блок 19 содержит сумматоры 20, 25, 27. блоки 21, 28 деления, релейные элементы 22, 33, 34, источник 23 опорного напряжения, блоки 24, 36 умножения, усилитель 26, выпоямители 29, 37, нелинейные элементы 30, 31, элементы 32, 35 выборки-хранения, интегратор 38. 2 и

1693589

Изобретение относится к автоматике, может быть использована в электроприводах г)ромь(шленных манипуляторов и является усовершенствова(-:ием устройства по авт. св. ¹ 1541554, Цель изобретения — повышение точности устройСтва для управления приводом р060та, На фиг. 1 представлена функциональная схема и редлаггемога устройства для управления приводом робота; на фиг. 2-кинематическая сх(эма испалнительнаГО Ор гана работы, управляемого с помощью этого устройства, Устройство для управления приводам р06оТа содержит первый сумматор 1, аГ18риодическое звено 2 второ: о порядка, второй сумматор 3, первый .блггк 4 умножения, четвертый блок 5,целения. первый усилитель 6, исполнительное устройства 7, датчик я положения, первое инерционное диффереHцирующее звена 9, апериодическае звена

l0, второй блок 11 умнаж(эния, Второе инеоцианное диффере» цирующее звено l2, третий блок 13 умножения, первый блок l4 деления, объект 15 управления, датчик «б скорости, датчик 17 тока, датчик 10 ускорения и вычислительный блок 19, Вычислительный блок 19 содержит треTN_#_ сумматор 20, Второй блок 21 деления, 08рВый релейный, лемент 22, первый ист;)чHMi(23 ап()рнОГО нап()яжения четвер(-ый блок 24 умножения, че Верти и сумма(тс р 2 э, BTopoA ус ил ител ь 2 6, 1 и ть(." ("ум((. Втор 2!, третий блок 28 деления, и;;„..В(Я(-: Вь(г(ря(:(итель 29, первый 30 и Втс рой, 31 нелинейные

3J(8JJ(8HT(-(, перьb(N эл"..(((8(iT 3;:! Выбаркихранения, Второй 33 v pe«a i> 34 pe 18Й1;ые элементы, Второй зле(«(ент 35 Выборки-храН8ниЯ, пЯтый бл()к 36 умножения, ВтЩ)ай выпрямитель 37, интегратор 38, Кроме тагг), в устройство Введены Второй источник 39

Опарнога наГ(ряжения и ыестай сумматор

40.

Кроме того, Введены следуюгцие обозначения: („х -- сигнал праграммнагс(управления; д — Ош бка ".:,, ада: а, а, (;, саатВетстВенна уГлаВ08 10!lажение, cKopo" сть и ускорение Bbi xoJJHQrО валя поивада, (.), (— соответственна ((япряжение и так якорной обмотки электрадви(ателя; (.(1-- усиливаемое напряжение. устройство р06оТа.

Устройства обеспечивает качес"венное управление первой поворотной степенью

ПОДВижнас i ii, име(0(((ей координату Д ((фиг. 2}., при аднанреме((((ам измен:ении координат

gg И С(З С (10 1(«(i((- r« (О((ВРТСТВУЮЩЫХ П()ИВО

25 г1 р

55 дов, Перемещения в этой повар,".тной степени подвижности Обеспечив:-:.(.-Гс:-. с амощью исполнительного устройства 7 электродвигателя с редуктором (фиг. ";}, причем вал последнего жестко соединен с механизмом поворота робота.

Схема (фиг, 2} является наиоаа(ее типичной для отечественных и зарубежных промышленных роботов, 0800Ta(o((Jvx В цилиндрической сист;)ме каоодинат. rlaHная констр;.:ция исполнительного органа позволяет также Осуществлять вертикальНое прямолинейное перемещение груза (обобщенная координата а)} и ега горизантальhoå прям(.)линейн08 г еремещен(18 (обобщенная координата аз}. Причем мрментные всздействия На злeêòpoopëâoä ро) бота, управляющий каардинятайа1(, существенна зависят ат изменения массы захваченнагo груза п) и координат аз и цз (координаты gz и Я на динамику злектропривода работа Влияния не оказывают). В связи с э« 1М для качественнага управления координатой (11 необходима точно компенсировать отрицательное влияние изменения mr и координат аз и аз на динамические свайс;.Вя этага электраприаодя, Для разработки устройства для управгения приводом робота. Обладающего свсйством инвариянтнасти к изменяющимся параметрам нагрузки, . е, сохраняющего

cTP()ильH0 Высскую TOHHoñòü ряб «ть| и устой-)ИВОСть, вначалЕ апрЕдегя Ют хара ",теРистики маментнОГО Вазде)!стви i на этОт зле ктропаи Вад со сторон ы пе рек еще.а(цихся масс испол нител, Horo GprBHa, схематически изобра;8HHoão на фиг, 2.

Вводят следуюв(((е обозначения: lg — момент инерции вертикальнага звена исполнительнога органа кассой л«г относительно прадсльной оси, 1() — момент инерции горизонтального звеня испалнительногo органа массой rr(a относительна поперечной аси, проходящеи через центр (.(асс; !з* — исходное расстояние ат аси вращения горизонтального звена до ега центра масс (при ga = 0};

1з — рассто:- ние ат центра масс горизонтального звена до средней точки схвата.

Для определения маментных воздействий на злектропривод робота. управляющий координатой gi (абаб(ценнь(х моментов неконсервативных сил}, используются уравнения Лангранжя 2-(а рода. Кинетическая энергия Т всех движущихся масс испалнительнага органа (фиг, 2} может быть поедставлена в виде

4 Я1 lq gf п«з (1з +уз } g)

2 2 2

"693589

+ " (t) " () " д 2 т

Ip !р LI (с} (т}

Lp+R

dt дЯ1 — (!в + !1} ) g1 + (m3 (I3 + Яз ) +

+ mr (t3 +93+ t3) ) )1+2 (m3 (l3 + 93) +

+mr(!3+gÇ+!3))9193, =О) ф дТ

20 можно записать, что моментное воздействие на рассматриваемое устройство для управления приводом робота со стороны движущихся масс исполнительного органа робота и груза имеет вид

Me = t-t(g3)g1+ !1(ЯЗ, дэ)Ц1, (1) где

Н(цз) = !!ч+ !в+ m3(IÇ*+ цз) + п1г(!3*+ Яз+!3)", . . (-) За

h(g3, Яз) = 2(m3(l3*+ Яз) + mr(I3* + цз + !з))цз, Движущий момент электродвигателя имеет вид

Mge(t) = KMi(t) = ICXg(t) + Мв(т)/!р + Ke CXg +

+ Мстр /sign og, 35 где M e(t) — полный момент, развиваемый электродвигателем;

К1 — моментный коэффициент; ав, ав, cg — соответственно. угол, скорость и ускорение вращения вала электродвигателя; ! — момент инерции ротора двигателя и вращающихся частей механической передачи; ! р — передаточное отношение редукта- 45 ра;

Ke — коэффициент вязкого трения;

Мстр момент сухого трения (Кв и Мстр приведены к валу двигателя).

Момент двигателя тратится как на раз- 50 гон собственных инерционных масс kg(t) (ротара и редуктора) и преодоление сил трения, так и на преодоление моментов, обуславливающих перемещение в пространстве обьекта управления Me(t)/Ip, который созда- 55 ет управляющий момент для перемещения робота в частности по координате д1, которая совпадает с координатой ag/Ip.

С учетом выражений (1) и (2) соотношение (3) принимает вид

d (i +H } (, dt

Ке re + I Мстр Sign rq (8) + ГП2 !э+9з+!з 91 +

2 (3 + П г }96

Учитывая, что

=(!в + Ъ ) 91 +(mЗ (!3 +93) + дц1

+n}r(I3 +93+!3) )91, + Ke ting + Мстр sign < ц . (4) Учитывая, что U(t) = KeU1(t) (где Кв — коэффициент усиления первого усилителя б), где K„— коэффициент противоЭДС двигателя, L u R — соответственно индуктивность и активное сопротивление якорной обмотки двигателя; р — символ дифференцирования, выражение (4) мажет быть представлено в виде

К "" К" -(!+ H )" +(" +

+R 2 Я 2 р ip Ip

+ K ) + M„ð I sign hq

N3 соотношения (2) следует равенство

rye Н = H(93)/!р ., n = !}(Яэ, Яэ)! lp

С учетом выражения (7) соотношение (4) может быть редставг ена в виде

Мдв = KM I = (t + Н ) ая + — (— !- ag + д 1

Кв re + I Мстр 3!ЯП re =

d(i+I-t

Я

Датчики 8 положения, скорости 16 и ускорения 18 соответственно измеряют угол

Ф й, скорость а и ускорение а вращения выходного вала редуктора, а датчик 17 тока измеряет ток! в якорной обмотке электродвигателя, Третий вход третьего сумматора

20 имеет коэффициент усиления КМ, его первый (отрицательный) вход — коэффициент усиления Kelp, а второй (отрицательный) вход — коэффициент усиления, равный единице. Причем на выходе первого релейного элемента 22 (с нулевой нейтральной точкой) сигнал формируется по закону

Мстр npl1 и O 0

UeMx22 — — j — Mc при а <.О, 1о прис=0, 1693589 где (М,тр = const).

Тогда на выходе треть!его сумматора 20 согласно (8) формируется сигнал, равный сИ(I+H а )5

Мдв Кв ag I Мстр I sign ац

dt (ац + 1ра).

После интегрирования этого сигнала на выходе интегратора 38 формируется сигнал, p3BHblA (l + Н ) ag, à íà выходе второго блока

21 деления — сигнал Ip(I + 1-I ).

Выходной сигнал первого нелинейного элемента 30 имеет вид:

Л при I aI <Л, О ыхзо = а при а > Л, — а приа< — Л, 20 где — задаваемая малая постоянная поло- жительная величина.

Первый 29 и второй 37 выпрямители и первый нелинейный элемент 30 предназначены для обеспечения качественной работы второго 2-1 и третьего 28 блоков деления. На вход делителя не должен подаваться сигнал меньше величины Л, Последнее условие обеспечивается первым нелинейным элементом 30, с выхода которого всегда посту- 30 пает сигнал > Л, Выходной сигнал второ о нелинейного элемента 32 имеет вид: гK npu l a I A, 08!!хэ2 $ 0 где К > 0 — постоянная величина.

При уменьшении величины I а I ниже некоторого допустимого значения Л второй нелинейный элемент 32 переводит первый

32 и второй 35 элементы выборки-хранения в режим запоминания, Пои этом на выходе этих элементов сохраняется то значение, которое было измерено в момент отключе- 45 ния второго нелинейного элемента 31, В частности, на выходе элемента 32 запомиI ! нэется значение ip(I + Н ). При увеличении

I a I в некоторый момент (который определяется значением Л ) вновь срабатывает 50 второй нелинейный элемент 31, первый 32 и второй 35 элементы выборки-хранения переводятся в режим слежения, и на их выходах опять воспроизводятся текущие значения величин, формируемых на их информационных входах (для элемента 31 это сигнал lp(I + Н). В течение времени, когда ! скорость движения I а (меньше h,ìoæåT произойти изменение определяемого значения на некоторую величину, Это может привести к снижению качества электропривода. Однако предполагается, что величина

Л является достаточно малой, т. е. рабочие скорости находятся далеко за указанным пределом, а уменьшение I a I до величины

Л возможно только перед остановкой и реверсом электропривода. В случае резкого изменения определяемых значений в режиме остановки злектропривода предлагаемая коррекция по истечении некоторого малого промежутка времени настроится нэ новые значения, т. е. работоспособность и качественные показатели работы электропривода будут полностью восстановлены.

После перемножения lp(I 4 Н ) в четвертом блоке 24 умножения на сигнал аиме-! ется (I + Н) ац, а на выходе четвертого сумматора 25, входы которого имеют единичные коэффициенты усиления (с учетом выражения (4)), — после вычитания h ая. По-! скольку сигнал h ag может иметь разные знаки, то с помощью второго выпрямителя

37 сохраняется только его модуль.

После деления сигнала h а на

I a l в третьем блоке 28 деления на его ! выходе получается сигнал, равный I Ыр!, Второй 33 и третий 34 релейные элементы позволяют восстановить знак текущего зна-! чения h Ip, которое окончательно формируется на выходе пятого блока 36 умножения и поступает на вход второго элемента 35 выборки-хранения. После подачи сигнала нэ вход пятого сумматора 27 с коэффициентом усиления, равным R, и после сложения его с сигналом первого источника 23 опорного напряжения. равным (КК„+ RKb)lp, на выходе пятого сумматора 27 получается сигнал (Км К + К(Кь+ Ь ))! р. После пропуска этого сигнала через второй усилитель 26 с коэффициентом усиления 1/(КмЯр) на его выходе получается сигнал, равный

После деления сигнала с выхода первого элемента 32 выборки-хранения, равного

1@+ Н ), на сигнал с выхода пятого сумматора 27, равный (KM + R(K!!+ h ))ip, на выходе первого блока 14 деления будет сигнал (I +

Н)/(К К + R(Ka+ h)), Выходной сигнал второго источника 39 опорного напряжения равен K!!Ip, а коэффициенты усиления первого, второго и третьего входов шестого сумматора 40 соответственно равны R, L u L. В результате на выходе шестого сумматора 40 формируется сигнал ((I + Н )R + (h + Кв)L)iр. Если этот 693589 10

) н г « «« )ь 1 ."+«« " "в «ь мц.)

) ««i« .««> ° к к ««(h ° « ) ««„к„, )

<т,р «) т,p+«) о С учетом передаточной функции нагруженного электродвигателя устройства для

5 управления приводом робота передаточная функция прямой цепи этого скорректированного устройства принимает вид сигнал поделить в четвертом блоке 5 деле ния на сигнал с выхода пятого сумматора 2 (R(h + Kp) + KpKglp, то на выходе четвертак блока 5 деления будет сформирован сигнал равный ((1+ Н )R+(Н + KB)L)/(R(h + KB)+ K, K,ы), Передаточная функция апериодическо го звена 2 второго порядка имеет вид вг(р)=

= 1/((T1p + 1)(Тгр + 1)), передаточные функции первого 9 и второго 12 инерционных 10 дифференцирующих звеньев — вид wg(p) ==р/(T1p + 1), ицг(р) = Lp/(Tap + 1). а передаточная функция апериодического звена 10—

Вид w

Таким образом, при подаче на вход самонастраивающегося электропривода робота сигнала программного управления

u (t} P а,появляется сигнал ошибки д < О. В 20 результате на выходе апериодического звена 2 второго порядка формируется сигнал д/((Tip + 1) х (Тгр + 1)), на выходе первого инерционного дифференцирующего звена 3 — сигнал (р/(Т р + 1)) д, на выходе второго 25 инерционного уифференцирующего звена

12 — сигнал (Lp /((Т1р+ 1){Tzp+ 1))) х д, на выходе третьего блока 13 умножения — сигнал

W(p)= на выходе апериодического звена ",0 — сигнал (р/(P

) l„) (n(N + X,)+ К„К„)(т, р ° )(т,р+ ) а на выходе второго сумматора 3, учитывая, что коэффициенты усиления всех его входов 40 единичные — сигнал (3+ М ) ., (.«)4 ) Я ° (1« + К,) (, 0 +

Р "

Р

5,«.««„« г«м у (+ )(T gp )

8. 45

« 2«

Перемножив с помощью первого блока

4 умножения. этот сигнал на сигнал с выхода второго усилителя 26, на выходе первого блока 4 умножения формируется . сигнал 50 (7+ H ) Lp (P(b+ Ê,) - К К )(7„,)(-., g+(1 т. е, имеет постоянные параметры, не зависягцие от изменяющихся параметров нагрузки на этот привод, Величины Tt и Тг обеспечивают заданные динамические свойства г рчвода.

Использование предлагаемого устройства позволяет застабилизировать параметры, а следовательно, динамические сво«лства и качественные показатели работы устройства для управления приводом робота при существенных изменениях величины

Ь4 без использования дополнительных линий связи между другими степенями подвижности робота.

Формула изобретения устройство для управления приводом робота по авт. св. М 1541554, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью- повышения точности, в него введены дополнительное дифференцирующее звено, четвертый блск деления, второй источник опорного напряжения, шестой сумматор и последователь - о соединенные дополнительное апериодическое звено и тре ий блок умножения, причем выход дифференцирующего звена соединен с входом дополнительнога апериодического звена и через дополнительное апериодическое звено — с первым входом третьего блока умножения, выход которого соединен с третьим входсм второго сумматора, второй вход — с выходом четвертого блока деления, делительный вход которого соединен с третьим выходом вычислительного блока, вход делителя — с выходом Шестого сумматора, первый вход — с выходом источника опорного напряжения, второй вход — с вторым выходом вычислительного блока, третий вход — к выходу второго элемента выборки-хранения, являющегося дополнительным выходом вычислительного блока.

1693589

Составитель Г. Нефедова

Редактор А, Козориз Техред M.Моргентал Корректор В. Гирняк

Заказ 4078 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101