SU1641606A1

SU1641606A1 - Manipulator

Info

Publication number: SU1641606A1
Application number: SU894681943A
Authority: SU
Inventors: Станисловас Пятрович Зикас; Альмантас Вацловович Мозурас; Казимерас Миколович Рагульскис
Original assignee: Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1989-04-18
Publication date: 1991-04-15

Abstract

Изобретение относитс к робототехнике , предназначено дл использовани в автоматизированном технологическом оборудовании и может быть применено при создании промышленных роботов. Целью изобретени вл етс расширение технологических возможностей за счет обеспечени независимых перемещений предметного стола по двум взаимно перпендикул рным направлени м. Дл обеспечени независимого перемещени предметного стола 7 по двум взаимно перпендикул рным направлени м и изменени закона его движени во врем работы манипул тора каретка 3, установленна в горизонтальных пьезоэлектрических направл ющих, снабжена ползуном 5 клиновидного сечени , который установлен между аналогичными дополнительными направл ющими, а с ползуном одними концами кинематически св заны стержни 6, другие концы которых соединены с предметным столом. При наличии активной си.- лы, приложенной к ползуну 5, и за счет изменений согласно заданному закону программного движени предметного стола 7 амплитуд высокочастотных колебаний пьезоэлектрических направл ющих между направл ющими и кареткой с ползуном измен ютс коэффициенты трени . Вследствие этого соответственно мен етс и закон движени предметного стола 7. Требуема точность отслеживани заданной траектории и позиционировани обеспечиваетс за счет корректировани управл ющих сигналов с учетом информативных сигналов, поступающих с датчиков положени предметного стола. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. V е Os Јь О OsThe invention relates to robotics, is intended for use in automated process equipment, and can be used to create industrial robots. The aim of the invention is to expand technological capabilities by providing independent movements of the sample table in two mutually perpendicular directions. To ensure independent movement of the sample table 7 in two mutually perpendicular directions and changing the law of its movement during operation of the manipulator, the carriage 3 installed in horizontal piezoelectric guides, provided with a slider 5 of wedge-shaped section, which is mounted between similar additional guides E, and one ends of the slide is kinematically coupled rods 6, the other ends of which are connected with the object table. When there is an active force applied to the slider 5, and due to changes according to a given law of program movement of the object table 7, the amplitudes of the high-frequency oscillations of the piezoelectric guides between the guides and the slider carriage change the coefficients of friction. As a result, the law of motion of the subject table 7 changes accordingly. The required accuracy of tracking a given trajectory and positioning is provided by adjusting the control signals taking into account the informative signals from the sensors of the subject table. 2 hp f-ly, 2 ill. V e Os О O Os

Description

Фие1Fie1

Изобретение относитс к робототехнике и предназначено дл использовани в автоматизированном технологическом оборудовании , например микроэлектронного производства, и может быть применено при создании промышленных роботов широкого технологического назначени .The invention relates to robotics and is intended for use in automated process equipment, such as microelectronic production, and can be applied to create industrial robots of a wide technological purpose.

Целью изобретени вл етс расширение технологических возможностей за счет обеспечени независимых перемещений предметного стола по двум взаимно перпендикул рным направлени м.The aim of the invention is the expansion of technological capabilities by providing independent movements of the object table in two mutually perpendicular directions.

На фиг. 1 изображена схема манипул тора , разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (с системой управлени ).FIG. 1 shows a manipulator diagram, a section; in fig. 2 shows section A-A in FIG. 1 (with control system).

Манипул тор содержит основание 1 с основными пьезоэлектрическими направл ющими 2. Между направл ющими 2 с нат гом размещена каретка 3, с которой св заны дополнительные пьезоэлектрические направл ющие А, а между ними с нат гом размещен ползун 5. В плоскости клиновидного сечени ползуна 5 с ним кинематически св заны концы стержней 6, которые другими концами жестко соединены с предметным столом 7. Стержни 6 установлены в дополнительных направл ющих, расположенных на каретке 3 перпендикул рно направлению движени ползуна 5. Посто нную кинематическую св зь между ползуном 5 и стержн ми 6 обеспечивают упругие элементы 8. С ползуном 5 взаимодействует привод, выполненный в виде реверсивного вибродвигател , пьезоэлектрический преобразователь 9 которого прижат к ползуну упругим элементом 10 (в качестве приводного механизма может примен тьс и привод другого вида). Датчик линейного перемещени 11 св зан с предметным столом, а аналогичный датчик 12 - с кареткой, В качестве датчиков могут использоватьс любые преобразователи перемещени в электрический сигнал. Например, в данном манипул торе могут примен тьс фотоэлектрические датчики с нормированным выходом или лазерные интерферометры . Выходы датчиков 11 и 12 соединены с входами собственного блока управлени 13, выполненного на базе мик- роЭВМ, например Электроника-60, Выходы собственно блока управлени 13 соединены с входами источников высокочастотных электрических колебаний 14 - 16, выходы которых соединены соответственно с горизонтальными направл ющими 2 каретки 3, с направл ющими 4 ползуна 5 и преобразователем вибродвигател . В качестве источников высокочастотных электрических колебаний могут быть использованыThe manipulator contains a base 1 with the main piezoelectric guides 2. Between the guides 2 with tension, there is a carriage 3, with which additional piezoelectric guides A are connected, and between them with a tension there is a slider 5. In the plane of the wedge-shaped section of the slide 5 s They are kinematically connected to the ends of the rods 6, which are rigidly connected to the object table 7 with the other ends. The rods 6 are mounted in additional guides located on the carriage 3 perpendicular to the direction of movement of the slide 5. An atomic connection between the slider 5 and the rods 6 provides elastic elements 8. A slider 5 is associated with a drive made in the form of a reversible vibrator, the piezoelectric transducer 9 of which is pressed to the slider by an elastic element 10 (another type of drive can also be used) . The linear movement sensor 11 is connected to the object table, and the similar sensor 12 is connected to the carriage. Any movement sensors to an electrical signal can be used as sensors. For example, photoelectric sensors with normalized output or laser interferometers can be used in this manipulator. The outputs of the sensors 11 and 12 are connected to the inputs of their own control unit 13, made on the basis of microcomputers, for example Electronics-60. The outputs of the control unit 13 itself are connected to the inputs of high-frequency electrical oscillation sources 14-16, the outputs of which are connected respectively to the horizontal rails 2 carriages 3, with guides 4 of the slider 5 and a vibromotor transducer. As sources of high-frequency electrical oscillations can be used.

любые управл емые генераторы электрических колебаний.any controlled electrical oscillator.

Позицией 17 обозначены упругие элементы .Position 17 marked elastic elements.

Манипул тор работает следующим образом .The manipulator works as follows.

В исходном положении каретка 3 и ползун 5 наход тс в зафиксированных состо ни х за счет сил трени поко FK и Fn,In the initial position, the carriage 3 and the slider 5 are in fixed states due to the frictional rest forces FK and Fn,

0 возникающих между пьезоэлектрическими направл ющими 2 и кареткой 3 и соответственно между направл ющими 4 и ползуном 5. Необходимые величины сил трени поко обеспечивают упругие элементы 17.0 arising between the piezoelectric guides 2 and the carriage 3 and, respectively, between the guides 4 and the slider 5. Elastic elements 17 provide the necessary values for the forces of friction of rest.

5 Исходное положение предметного стола 7 определ етс координатой Хк каретки 3 и координатой Хп ползуна 5, которой соответствуют нулевые уровни выходных сигналов датчиков 11 и 12.5 The initial position of the subject table 7 is determined by the xk coordinate of the carriage 3 and the xp coordinate of the slide 5, which correspond to zero output levels of the sensors 11 and 12.

0 Перемещение предметного стола 7 в желаемую позицию или по заданной траектории осуществл етс при реализации программы, заложенной в пам ть управл ющей микроЭВМ 13. Пакет управл ющей0 Moving the subject table 7 to the desired position or along a predetermined trajectory is carried out when implementing the program embedded in the memory of the microcomputer 13. The control packet

5 программы включает в себ модуль программировани движени , модуль регулировани и модуль адаптивного управлени . С учетом требуемой точности и конструктивных ограничений и согласно желаемым5 of the program includes a motion programming module, an adjustment module and an adaptive control module. Given the required accuracy and design constraints and as desired

0 координатам предметного стола 7 X, Z и последующим изменени м этих координат ДХ и Д2 в ЭВМ формируетс программное движение в виде цифровых сигналов. Согласно этим сигналам и с учетом апри5 орной информации, введенной в ЭВМ, формируютс сигналы, осуществл ющие программное движение. Данные сигналы поступают на входы генераторов высокочастотных электрических колебаний 14 и 15.0, the coordinates of the object table 7 X, Z and the subsequent changes of these coordinates DH and D2 in the computer are programmed movement in the form of digital signals. According to these signals and taking into account the a priori information entered into the computer, the signals are generated that carry out program motion. These signals are fed to the inputs of the generators of high-frequency electrical oscillations 14 and 15.

0 Одновременно с ЭВМ поступает сигнал на вход генератора высокочастотных электрических колебаний 16, При этом данный генератор запускаетс и возбуждает высокочастотные резонансные колебани 0 Simultaneously with the computer, a signal is input to the generator of high-frequency electrical oscillations 16. At the same time, this generator starts and excites high-frequency resonant oscillations.

5 пьезоэлектрического преобразовател 9, из-за чего образуетс движуща сила, приложенна к ползуну 5 вдоль направл ющих 4. Движение предметного стола зависит от используемого алгоритма, который опре0 дел ет последовательность поступлени управл ющих сигналов на входы генераторов 14 или (и) 15. Если, например, вначале осуществл етс перемещение по координате X, то управл ющий сигнал поступает на5 of the piezoelectric converter 9, which forms a driving force applied to the slider 5 along the rails 4. The movement of the object table depends on the algorithm used, which determines the sequence of input of the control signals to the inputs of the generators 14 or (and) 15. If For example, first moving along the X coordinate, the control signal is fed to

5 вход генератора 14. Данный генератор запускаетс и возбуждает высокочастотные механические колебани направл ющих 2. При этом между ними и кареткой 3 образуетс сжата газова пленка, из-за чего снижаетс сила трени между направл ющими 2 и кареткой 3, и последн вместе с ползуном 5 и предметным столом 7 начинает перемещатьс по координате X из-за действи силы, приложенной к ползуну 5 При поступлении управл ющего сигнала на вход генератора 14 аналогичным образом уменьшаетс сила трени между направл ющими 4 и ползуном 5. При этом ползун 5 перемещаетс по координате X относительно каретки 3 и тем- самым перемещает предметный стол 7 по координате Z. В определенные моменты времени ЭВМ опрашивает датчики и провер ет отклонени сигналов, поступающих с датчиков 11 и 12, которые пропорциональны реальному положению предметного стола 7, от сигналов, соответствующих программному движению . Если рассогласование сравниваемых сигналов превышает заданную точность, то в ЭВМ с использованием алгоритмов идентификации определ ютс новые оценки параметров манипул тора и регул тора и с их учетом корректируютс управл ющие сигналы . Изменение управл ющих сигналов пропорционально изменению амплитуды высокочастотных электрических колебаний генераторов 14 и 15. При этом соответственно измен ютс амплитуды колебаний направл ющих 2 и 4, что в свою очередь измен ет коэффициенты трени между направл ющими 2 и кареткой 3 и направл ющими 4 и ползуном 5. При этом обеспечиваетс заданный закон движени и требуема точность позиционировани предметного стола.5 input of the generator 14. This generator starts and excites high-frequency mechanical oscillations of the guides 2. A gas film is compressed between them and the carriage 3, which reduces the frictional force between the guides 2 and the carriage 3, and the latter together with the slider 5 and subject table 7 begins to move along the X coordinate due to the force applied to the slider 5. When a control signal is received at the input of the generator 14, the frictional force between the guides 4 and the slider 5 is reduced in a similar way. moves along the X coordinate relative to the carriage 3 and thereby moves the subject table 7 along the Z coordinate. At certain times, the computer interrogates the sensors and checks the deviations of the signals from sensors 11 and 12, which are proportional to the real position of the subject table 7, from the signals corresponding to the program movement. If the mismatch of the compared signals exceeds the specified accuracy, then in the computer using the identification algorithms, new estimates of the manipulator and controller parameters are determined and with their account the control signals are corrected. The change in the control signals is proportional to the change in the amplitude of the high-frequency electrical oscillations of the generators 14 and 15. In this case, the amplitudes of the oscillations of the guides 2 and 4, respectively, change, which in turn changes the friction coefficients between the guides 2 and the carriage 3 and the guides 4 and the slider 5 In this case, a given law of motion and the required positioning accuracy of the object table are ensured.

Claims

Claim 1. A manipulator comprising a carriage with an object table, mounted in main guides arranged on the base, and a drive for moving the object table, characterized in

that, in order to expand the technological possibilities by providing independent movements of the object table in two mutually perpendicular directions, it is equipped with a slider, made in the form of a wedge, with rods, one ends of which are rigidly connected to the subject table, and additional guides located in the carriage is mutually perpendicular, with one of the additional guides arranged parallel to the main guides and a slider is installed in them, and in the other additional guides there are rods with the possibility of their other ends interacting with the wedge surface of the slider, with the main and additional guides arranged in parallel connected with

introduced by the regulators of their friction coefficient, and the drive for moving the object table is installed on the base with the possibility of its interaction with the slider.

2. The manipulator according to claim 1, characterized in that the main and additional guides and controllers of their coefficient of friction located in parallel are made in the form of connected to sources

high-frequency electric oscillations of the piezoelectric elements, between which the carriage and the slider are installed with tension, respectively.

3. Manipulator tor on PP. 1 and 2, distinguished by the fact that it is equipped with a carriage position sensor relative to the base, an object table position sensor relative to the carriage, and a control system, the inputs of which are connected to

these sensors, and the outputs - with the inputs of the respective friction coefficient controllers for the guides.

Aa

V

Fig 2