EA012196B1 - Система привода для манипулятора (варианты) - Google Patents

Система привода для манипулятора (варианты) Download PDF

Info

Publication number
EA012196B1
EA012196B1 EA200801856A EA200801856A EA012196B1 EA 012196 B1 EA012196 B1 EA 012196B1 EA 200801856 A EA200801856 A EA 200801856A EA 200801856 A EA200801856 A EA 200801856A EA 012196 B1 EA012196 B1 EA 012196B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
mode
manipulator
actuator
angular velocity
control
Prior art date
Application number
EA200801856A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200801856A1 (ru
Inventor
Ричард У. Маккой
Original Assignee
Оушиниэринг Интэнэшнл, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Оушиниэринг Интэнэшнл, Инк. filed Critical Оушиниэринг Интэнэшнл, Инк.
Publication of EA200801856A1 publication Critical patent/EA200801856A1/ru
Publication of EA012196B1 publication Critical patent/EA012196B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
    • B25J3/04—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements involving servo mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/02—Hand grip control means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40189—Modes, coarse by rate controller, fine by position controller
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40271—Underwater, submarine movable manipulator
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40276—Aqua robot manipulator
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42122—First open loop, then closed loop

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Forklifts And Lifting Vehicles (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к системе привода руки манипулятора, которую можно использовать в нескольких режимах работы, включая режим "включен/выключен", называемый здесь режимом стабилизации по угловой скорости, либо режим пространственного соответствия. Система привода руки манипулятора, имеющая несколько режимов работы, предложенная в настоящем изобретении, может использоваться под водой с гидравлическим приводом.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе руки манипулятора с приводом, которая может использоваться в нескольких режимах работы, в том числе в режиме работы включен/выключен, который здесь называется режимом стабилизации по угловой скорости, либо в режиме пространственного соответствия. Система руки манипулятора с приводом, имеющая несколько режимов работы, предложенная в настоящем изобретении, может использоваться под водой с гидравлическим приводом.
Сведения о предшествующем уровне техники
Известные руки манипуляторов предназначены для работы в каком-либо одном из двух основных режимов: в режиме стабилизации по угловой скорости и в режиме пространственного соответствия. В режиме стабилизации по угловой скорости управление движением манипулятора по каждой из его степеней свободы осуществляется исполнительным механизмом, который, в свою очередь, управляется посредством направляющего распределителя, который может быть либо полностью открыт, либо полностью закрыт. Поскольку термин режим стабилизации по угловой скорости знаком специалистам в данной области, здесь не приводится полное описание функциональных возможностей этого режима. В известных устройствах, использующих режим стабилизации по угловой скорости, шарнир манипулятора либо движется с полной скоростью, либо полностью остановлен. В известном устройстве, использующем режим стабилизации по угловой скорости, отсутствует управление скоростью движения руки манипулятора. Представляется полезным создать единый манипулятор, который может по выбору оператора использоваться в каком-либо из этих режимов.
Система руки манипулятора с приводом, работающая в режиме стабилизации по угловой скорости, пригодная для подводных работ, показана на фиг. 1. Показанный на фиг. 1 манипулятор, предназначенный для работы в режиме стабилизации по угловой скорости, подходит для использования с манипулятором, имеющим одну степень свободы. В режиме стабилизации по угловой скорости оператор включает управляющий распределитель путем нажатия одной или нескольких отдельных кнопок для того, чтобы передвинуть направляющий распределитель и, следовательно, исполнительный механизм в нужном направлении. Манипуляторы с режимом стабилизации по угловой скорости работают без обратной связи, при этом оператор нажимает одну или несколько соответствующих кнопок до тех пор, пока один или несколько шарниров манипулятора не переместятся в требуемое положение. Положение манипулятора оператор отслеживает визуально. При подводных работах, использующих дистанционно управляемый аппарат, это может выполняться при помощи подводной камеры. В электронной схеме управления манипулятором сигнал позиционной обратной связи отсутствует.
Режим стабилизации по угловой скорости обеспечивает менее удобный способ управления рукой манипулятора по сравнению с режимом пространственного соответствия; тем не менее, в сравнении с манипулятором, использующим режим пространственного соответствия, манипулятор, использующий режим стабилизации по угловой скорости, проще и дешевле. Кроме того, манипулятор, использующий режим стабилизации по угловой скорости, надежнее манипулятора в режиме пространственного соответствия, поскольку использует меньшее количество электронных схем.
В режиме пространственного соответствия (известном также как режим с управлением положением) координаты положения каждого шарнира руки манипулятора известны, и осуществляется управление этим положением. Обычно система манипулятора, работающего в режиме пространственного соответствия, состоит из двух частей: ведущей и ведомой. Ведущее устройство представляет собой устройство ввода, как правило, выполненное в виде органа ручного управления, оснащенное несколькими шарнирами, угловые положения которых измеряются и отслеживаются, когда оператор перемещает рукоятку управляющего устройства. Как правило, ведущее устройство имеет шарнирную конфигурацию, которая повторяет шарнирную конфигурацию ведомого устройства.
Ведомое устройство является, собственно, манипулятором. Манипулятор представляет собой дистанционно управляемую руку. Движения ведомого устройства происходят в соответствии с движениями ведущего органа ручного управления. Если шарнир ведущего устройства двигается медленно, то и на ведомом устройстве соответствующий шарнир будет двигаться медленно. Если шарнир ведущего устройства двигается быстро, то и на ведомом устройстве шарнир будет двигаться быстро. Движение (скорость) ведомых шарниров и звеньев соответствуют движениям шарниров и звеньев ведущего управляющего устройства. Система руки манипулятора с приводом, предназначенная для работы в режиме пространственного соответствия, показана на фиг. 2.
Отслеживание координат или изменения координат шарниров и звеньев ведущего устройства выполняется локальным компьютером управления. В ответ на вводимые ведущим управляющим устройством сигналы, локальный компьютер управления направляет соответствующие сигналы на удаленный компьютер управления. Удаленный компьютер управления отслеживает координаты шарниров и звеньев руки и сравнивает эти координаты с информацией о координатах, получаемой от локального компьютера управления. Затем удаленный компьютер выполняет необходимые вычисления для определения пространственных характеристик и величины сигналов, которые должно выработать устройство управления исполнительного механизма для того, чтобы переместить приводы исполнительного механизма, а, значит, и шарниры и звенья руки, в нужное положение.
- 1 012196
Известные манипуляторы с режимом пространственного соответствия работают в режиме с обратной связью, использующем сигнал ошибки, который несет информацию о положении всех до единого шарниров ведомого устройства. Этот сигнал непрерывно сравнивается с данными о требуемых координатах положения шарнира (на которые указывает положение соответствующего шарнира ведущего устройства), а направление и величина отработки соответствующего направляющего распределителя модулируются требуемым образом в соответствии с некоторым алгоритмом, который обычно представляет собой разновидность пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования.
В существующих конструкциях манипулятора или роботизированной руки угловое перемещение одного или более шарниров отслеживается синус-косинусным преобразователем, измерительным потенциометром или иным датчиком поворота. Для работы этих устройств требуется механическое соединение, как правило, в форме вала, между подвижной частью шарнира и датчиком. Датчики обычно устанавливаются неподвижно на неподвижной части шарнира. При использовании под водой механическое соединение, например вал, должно иметь герметизацию механического соединения для предотвращения попадания морской воды в датчик. Такая герметизация механического соединения может нарушиться, в результате чего произойдет повреждение датчика.
Существующие технические решения предусматривают отдельное соединение с каждым установленным датчиком. Для руки манипулятора с большим числом датчиков шарниров необходимо большое число проводных соединений, которые может быть сложно осуществить и обслуживать.
Для работы датчиков существующих типов часто требуется, чтобы какой-либо центральный контроллер считывал аналоговые величины, вырабатываемые датчиком, например синус-косинусным преобразователем или измерительным потенциометром. Для этого требуется, чтобы контроллер обладал возможностями обработки сигналов, обеспечивающими считывание, фильтрацию и масштабирование отсчетов каждого из датчиков, от которых аналоговые сигналы передаются по длинным, чувствительным к воздействию помех проводам.
Существующие системы манипуляторов, работающие в режиме пространственного соответствия, обладают рядом недостатков. Каждый шарнир ведомого устройства должен быть оснащен устройством позиционной обратной связи, например кодовым датчиком положения, синус-косинусным преобразователем или измерительным потенциометром. Для обеспечения работы манипулятора алгоритму управления требуется надежный сигнал от этого устройства. При отказе какого-либо из устройств обратной связи манипулятор становится непригодным к использованию.
Скорость и ускорение ведомых шарниров должны быть изменяемыми и, в предпочтительном варианте, бесступенчатыми. Обычно это достигается использованием гидравлических сервоклапанов, имеющих четыре недостатка, а именно высокую стоимость, предрасположенность к отказам из-за недостаточной чистоты текучей среды, высокую интенсивность утечки и высокий перепад давления при больших расходах. Для увеличения долговечности в режиме пространственного соответствия манипулятора часто требуется использование отдельного гидравлического силового блока. Это ведет к дальнейшему росту стоимости, увеличению веса и сложности системы.
Манипуляторы режима пространственного соответствия проще в работе по сравнению с манипуляторами, использующими режим стабилизации по угловой скорости. Они также обеспечивают оператору плавность ручного управления. Манипуляторы режима пространственного соответствия требуют применения более чувствительных клапанов и электронных схем по сравнению с манипуляторами, использующими режим стабилизации по угловой скорости. Это приводит к увеличению их сложности и снижению надежности по сравнению с манипуляторами, использующими режим стабилизации по угловой скорости.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на устранение вышеуказанных недостатков. В изобретении эта задача решается тем, что система привода манипулятора состоит из селекторного ключа режима стабилизации по угловой скорости и формирования сигнала управления режима стабилизации по угловой скорости для приведения в действие руки манипулятора в режиме стабилизации по угловой скорости, из устройства управления по пространственному соответствию, которое может быть представлено в виде органа ручного управления, содержащего позиционно управляемый ведущий блок формирования сигнала управления режима пространственного соответствия в зависимости от положения ведущего блока и управления рукой манипулятора в режиме пространственного соответствия, и из селектора режимов и формирования сигнала выбранного режима, связанного по выбору входа с селекторным ключом режима стабилизации по угловой скорости или с устройством управления по пространственному положению.
Селекторный ключ режима стабилизации по угловой скорости может быть представлен кнопкой.
Система согласно изобретению может дополнительно содержать локальный компьютер управления и формирования на выходе сигнала дистанционного управления, связанного с селектором режимов.
Она может также содержать удаленный компьютер управления и формирования на выходе входного сигнала управления исполнительным механизмом, связанный с локальным компьютером.
Локальный компьютер управления может быть связан с удаленным компьютером управления по проводной линии или по оптоволоконной линии.
Удаленный компьютер управления может содержать электронику телеметрии и программное обес
- 2 012196 печение.
Система привода согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать устройство управления исполнительного механизма и формирования выходного сигнала управления исполнительным механизмом, связанное с удаленным компьютером управления, исполнительный механизм формирования позиционного сигнала, связанный с устройством управления исполнительного механизма и установленный с возможностью перемещения в зависимости от позиционного сигнала, и звено руки дистанционно управляемого манипулятора, соединенное с исполнительным механизмом с возможностью перемещения в зависимости от перемещения исполнительного механизма.
Исполнительный механизм может быть выполнен в виде гидравлического механизма. Сигнал управления исполнительным механизмом может вырабатываться в ответ на заданный уровень параметра гидравлического процесса.
Система привода согласно изобретению может дополнительно содержать позиционно чувствительный датчик звена руки манипулятора и формирования сигнала о координатах положения звена руки дистанционно управляемого манипулятора, связанного на выходе с удаленным компьютером управления.
В настоящем изобретении предлагается три варианта достижения одного и того же результата в различных вариациях совокупности вышеприведенных признаков изобретения.
Далее настоящее изобретение поясняется со ссылками на прилагаемые чертежи.
Перечень фигур, чертежей и иных материалов
Фиг. 1 представляет известную систему манипулятора с приводом, использующую режим стабилизации по угловой скорости.
Фиг. 2 представляет известную систему манипулятора, использующую 8С режим.
Фиг. 3 представляет схему системного уровня первого предпочтительного варианта выполнения изобретения.
Фиг. 4 представляет схему системного уровня второго предпочтительного варианта выполнения изобретения, выборочно используемого в режиме стабилизации по угловой скорости.
Фиг. 5 представляет схему системного уровня второго предпочтительного варианта выполнения изобретения, выборочно используемого в режиме пространственного соответствия.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Предпочтительные варианты выполнения изобретения относятся к системе руки манипулятора с приводом, которая может работать в нескольких режимах, выполняя роль привода и/или устройства управления руки манипулятора, либо в режиме работы пространственного соответствия, либо в режиме работы со стабилизацией по угловой скорости, как это показано на фиг. 3, 4 и 5. Предпочтительный вариант выполнения изобретения содержит один или более селекторных ключей 10 режима стабилизации по угловой скорости, каждый из которых позволяет выдать сигнал режима стабилизации по угловой скорости, обеспечивающий приведение в действие руки манипулятора при работе в режиме стабилизации по угловой скорости. В предпочтительных вариантах выполнения каждый селекторный ключ режима стабилизации по угловой скорости представляет собой кнопку или тумблер. В другом предпочтительном варианте выполнения селекторный ключ режима стабилизации по угловой скорости может быть установлен в положение размыкания или положение замыкания оператором. В предпочтительном варианте выполнения используется селекторный ключ режима стабилизации по угловой скорости для каждого управляемого шарнира руки манипулятора.
Другой вариант выполнения изобретения содержит цифровой сигнальный вход 16, функционально связанный с селекторным или пусковым ключом режима стабилизации по угловой скорости таким образом, что цифровой сигнальный вход регистрирует изменение сигнала на цифровом входе при нажатии пускового ключа режима стабилизации по угловой скорости и регистрирует противоположный сигнал на цифровом входе, когда цифровой ключ отпущен, как это показано на фиг. 3, 4 и 5.
Предпочтительный вариант выполнения изобретения также содержит устройство 11 управления по пространственному соответствию, содержащее позиционно управляемый ведущий блок, обеспечивающий вырабатывание сигнала режима пространственного соответствия, соответствующего положению ведущего устройства и позволяющего приводить в движение руку манипулятора в режиме работы пространственного соответствия, как это показано на фиг. 3. В предпочтительном варианте выполнения устройство управления по пространственному соответствию представляет собой орган ручного управления, например джойстик. В предпочтительном варианте выполнения ведущий блок содержит несколько аналоговых датчиков, число которых равно числу степеней свободы ведомого блока минус один. Например, ведущий блок для манипулятора с семью степенями свободы содержит шесть аналоговых датчиков. В другом предпочтительном варианте выполнения ведущий блок содержит единственный цифровой сигнальный вход для открывания и закрывания захвата манипулятора.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения также содержится селектор 13 режимов, функциональные связи которого обеспечивает выборочное получение по крайней мере одного из сигналов - сигнала режима стабилизации по угловой скорости и сигнала режима пространственного соответствия, и выборочную выдачу одного из сигналов - сигнала режима стабилизации по угловой скорости или сигнала пространственного соответствия, в качестве сигнала выбранного режима. В предпочтитель
- 3 012196 ном варианте выполнения селектор режимов содержит селекторный ключ, обеспечивающий выбор одного из по крайней мере двух входных сигналов. В этом варианте выполнения селекторный ключ может быть установлен оператором для выбора между сигналом режима стабилизации по угловой скорости и сигналом режима пространственного соответствия. Совокупность селекторного ключа режима стабилизации по угловой скорости, управляющего устройства режима пространственного соответствия и селектора режимов может быть использована в качестве системы привода манипулятора с выбором нескольких режимов, которая может быть использована для выборочного управления работой манипулятора в нужном режиме.
В другом варианте выполнения изобретение дополнительно содержит локальный компьютер 15 управления, функциональные связи которого обеспечивают получение сигнала выбранного режима и выдачу сигнала входного воздействия дистанционного управления. В предпочтительном варианте выполнения локальный компьютер управления может передавать сигнал дистанционного управления на удаленный компьютер управления по проводной или оптоволоконной линии. Используемый здесь термин компьютер включает микропроцессор. В предпочтительном варианте выполнения локальный компьютер управления обеспечивает сравнение аналогового сигнала управления, полученного от управляющего устройства режима пространственного соответствия, с позиционным сигналом, полученным от позиционно чувствительного датчика звена руки манипулятора, и выработку сигнала коррекции ошибки, определяемого величиной различия между двумя сигналами, как это показано на фиг. 3. В одном варианте выполнения это управляющее устройство содержит цепь пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования.
В предпочтительном варианте выполнения изобретение дополнительно содержит удаленный компьютер 17 управления, функционально связанный с локальным компьютером управления для получения сигнала дистанционного управления и для выдачи входного сигнала управления исполнительным механизмом. В предпочтительном варианте выполнения удаленный компьютер управления может получать сигнал дистанционного управления.
В другом предпочтительном варианте выполнения, где локальный компьютер управления включен в цепь обратной связи управления рукой дистанционно управляемого манипулятора, этот компьютер также может принимать входной сигнал от удаленного компьютера управления. В некоторых предпочтительных вариантах выполнения изобретение может быть использовано для управления манипуляторами, расположенными на морском дне, как показано на фиг. 3, 4 и 5. Для применения в подводных условиях удаленный компьютер управления содержит подводную электронику телеметрии и программное обеспечение, как показано на фиг. 3, 4 и 5.
В предпочтительном варианте выполнения изобретение дополнительно содержит устройство 19 управления исполнительным механизмом, способное принимать входной сигнал управления исполнительным механизмом и выдавать позиционный сигнал исполнительного механизма, как показано на фиг. 4 и
5. В другом предпочтительном варианте выполнения, где рука дистанционно управляемого манипулятора должна управляться с использованием обратной связи, конфигурация удаленного компьютера управления обеспечивает прием входных сигналов от одного или более позиционно чувствительных датчиков или датчиков скорости, включенных в цепь обратной связи. В предпочтительном варианте выполнения устройство управления исполнительного механизма может действовать на основании информации о заданном положении шарнира или о скорости, поступающей от удаленного компьютера управления. В варианте выполнения, где рука дистанционно управляемого манипулятора перемещается посредством гидравлических исполнительных механизмов, устройство управления исполнительного механизма может управлять гидравлическими клапанами, которые обеспечивают давление и поток в гидросистеме гидравлического исполнительного механизма.
В другом предпочтительном варианте выполнения изобретение дополнительно содержит исполнительный механизм 21, конфигурация которого обеспечивает прием позиционного сигнала исполнительного механизма и перемещение звена или шарнира руки манипулятора, как показано на фиг. 4 и 5. Используемый в настоящем описании термин сигнал охватывает передачу данных или иной количественной информации с использованием электрической, электромеханической, электромагнитной, электронной или гидравлической сред. Конфигурация исполнительного механизма обеспечивает его движение в качестве реакции на позиционный сигнал исполнительного механизма. Исполнительный механизм прилагает механическую силу к соответствующему звену 23 руки дистанционно управляемого манипулятора для изменения положения и/или скорости этого звена. Звено дистанционно управляемого манипулятора соединено с исполнительным механизмом таким образом, что оно двигается при движении исполнительного механизма. В варианте выполнения, где используются гидравлические исполнительные механизмы, исполнительный механизм представляет собой гидравлический цилиндр или гидродинамический механизм, а позиционный сигнал исполнительного механизма вырабатывается в ответ на заданный уровень параметра гидравлического процесса, например давление или поток в гидросистеме.
В другом предпочтительном варианте изобретение содержит позиционно-чувствительный датчик 25 звена руки манипулятора для каждого звена руки.
Вариант выполнения изобретения дополнительно содержит подвижную руку 44 манипулятора и
- 4 012196 позиционно чувствительный датчик 45, функционально соединенный с рукой манипулятора и обеспечивающий выдачу позиционного сигнала, показывающего координаты положения руки манипулятора, как это изображено на фиг. 3. В другом предпочтительном варианте выполнения рука манипулятора содержит несколько звеньев, соединенных несколькими шарнирами.
Другой вариант выполнения изобретения дополнительно содержит систему 30 гидравлического привода, включающую первое отверстие 32, второе отверстие 49, соленоид 34 пропорционального управления и направляющий распределитель 36, который может быть сконфигурирован на работу в режиме первого направления и в режиме второго направления, как это показано на фиг. 3. В одном предпочтительном варианте выполнения направляющий распределитель представляет собой четырехлинейный трехпозиционный пропорциональный клапан. Эта система гидравлического привода обеспечивает прием сигнала воздействия на манипулятор от цифрового приемника сигнала и прием сигнала коррекции ошибки от системы управления работы в режиме пространственного соответствия. Эта система гидравлического привода дополнительно обеспечивает выталкивание гидравлической текучей среды сквозь первое отверстие в ответ на сигнал воздействия на манипулятор и сигнал коррекции ошибки, когда состояние соленоида пропорционального управления соответствует первой конфигурации. В этой первой конфигурации система гидравлического привода получает гидравлическую текучую среду через второе отверстие 49.
Данный вариант выполнения изобретения дополнительно содержит первый канал 31 для гидравлической текучей среды, первый конец 33 которого соединен с первым отверстием 32, а второй конец 35 противоположен первому концу, как показано на фиг. 3. Этот вариант изобретения дополнительно содержит второй канал 37 для гидравлической текучей среды, первый конец 39 которого соединен со вторым отверстием 49, а второй конец 38 противоположен первому концу, как показано на фиг. 3. Когда состояние соленоида пропорционального управления соответствует второй конфигурации, направление потока гидравлической текучей среды по каналам 31 и 37 для текучей среды и сквозь отверстия 32 и 49 меняется на обратное относительно направления потока, когда соленоид управления находится в состоянии первой конфигурации.
Данный вариант выполнения изобретения дополнительно содержит гидравлический поршень 42, содержащий первое отверстие 41, соединенное со вторым концом первого канала для гидравлической текучей среды, и второе отверстие 43, соединенное со вторым концом второго канала для гидравлической текучей среды так, что, когда конфигурация направляющего распределителя соответствует работе в режиме первого направления, гидравлическая текучая среда, выталкиваемая из системы привода, втекает в первое отверстие и вытекает из второго отверстия, заставляя поршень выдвигаться, а когда конфигурация направляющего распределителя соответствует работе в режиме второго направления, гидравлическая текучая среда, выталкиваемая из системы привода, втекает во второе отверстие и вытекает из первого отверстия, заставляя поршень втягиваться, как это показано на фиг. 3. Поршень также соединен с рукой манипулятора таким образом, что выдвижение поршня вызывает перемещение руки манипулятора в первом направлении, а втягивание поршня вызывает перемещение руки манипулятора во втором направлении.
Схема комбинированного управления, используемая в предпочтительных вариантах выполнения изобретения, обладает преимуществами как режима работы со стабилизацией по угловой скорости, так и режима пространственного соответствия. В предпочтительных вариантах выполнения изобретения имеется устройство позиционной обратной связи для каждого шарнира и устройство регулирования потока к каждому исполнительному механизму, связанному с этим шарниром.
В предпочтительном варианте выполнения в изобретении используются клапаны пропорционального деления потока, направляющие распределители. Эти устройства значительно дешевле сервораспределителей, а перепад давления на них меньше. Пропорциональный клапан также менее чувствителен к наличию загрязнений в масле. Утечка пропорционального клапана соответствует утечке простого направляющего распределителя, обычно используемого в манипуляторах, работающих в режиме стабилизации по угловой скорости. Это означает, что шарниры руки манипулятора не имеют дрейфа и не требуют постоянного мониторинга их положения.
Путем применения пропорциональных клапанов, специализированного программного обеспечения и электроники, предпочтительный вариант выполнения изобретения может быть в любой момент переключен между режимом пространственного соответствия и режимом стабилизации по угловой скорости. Если при работе в режиме пространственного соответствия произойдет отказ позиционно чувствительного датчика, оператор может переключить манипулятор из режима пространственного соответствия в режим стабилизации по угловой скорости и продолжать работу. И, наоборот, режим работы может переключаться из одного в другой по выбору оператора.
Возможны ситуации, когда необходимо, чтобы некоторые из шарниров манипулятора работали в режиме пространственного соответствия, в то время как другие работали в режиме стабилизации по угловой скорости. Это может быть реализовано, в основном, на программном уровне, но при этом потребуется, чтобы надводный пульт управления был оборудован средствами для задания рабочих режимов отдельным шарнирам. Наиболее простым вариантом могли бы быть простой тумблер и индикаторная лампочка (светодиод) для каждого шарнира.
- 5 012196
Приведенное раскрытие и описание изобретения служат только для иллюстрации изобретения и его объяснения. В изобретении могут быть сделаны различные изменения, касающиеся размеров, формы и материалов, а также особенностей конструкции и способа, использованных для иллюстрации изобретения, без отступления от существа изобретения.

Claims (20)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Система привода манипулятора, состоящая из селекторного ключа режима стабилизации по угловой скорости и формирования сигнала управления режима стабилизации по угловой скорости для приведения в действие руки манипулятора в режиме стабилизации по угловой скорости, из устройства управления по пространственному соответствию, содержащего позиционно управляемый ведущий блок формирования сигнала управления режима пространственного соответствия в зависимости от положения ведущего блока и управления рукой манипулятора в режиме пространственного соответствия, и из селектора режимов и формирования сигнала выбранного режима, связанного по выбору входа с селекторным ключом режима стабилизации по угловой скорости или с устройством управления по пространственному положению.
  2. 2. Система по п.1, в которой селекторный ключ режима стабилизации по угловой скорости представляет собой кнопку.
  3. 3. Система по п.1, в которой устройство управления по пространственному соответствию представляет собой орган ручного управления.
  4. 4. Система по п.1, которая дополнительно содержит локальный компьютер управления и формирования на выходе сигнала дистанционного управления, связанного с селектором режимов.
  5. 5. Система по п.4, которая дополнительно содержит удаленный компьютер управления и формирования на выходе входного сигнала управления исполнительным механизмом, связанный с локальным компьютером.
  6. 6. Система по п.5, в которой локальный компьютер управления связан с удаленным компьютером управления по проводной линии.
  7. 7. Система по п.5, в которой локальный компьютер управления связан с удаленным компьютером управления по оптоволоконной линии.
  8. 8. Система по п.7, в которой удаленный компьютер управления содержит электронику телеметрии и программное обеспечение.
  9. 9. Система по п.5, которая дополнительно содержит устройство управления исполнительного механизма и формирования выходного сигнала управления исполнительным механизмом, связанное с удаленным компьютером управления, исполнительный механизм формирования позиционного сигнала, связанный с устройством управления исполнительного механизма и установленный с возможностью перемещения в зависимости от позиционного сигнала, и звено руки дистанционно управляемого манипулятора, соединенное с исполнительным механизмом с возможностью перемещения в зависимости от перемещения исполнительного механизма.
  10. 10. Система по п.9, в которой исполнительный механизм выполнен гидравлическим.
  11. 11. Система по п.10, в которой сигнал управления исполнительным механизмом вырабатывается в ответ на заданный уровень параметра гидравлического процесса.
  12. 12. Система по п.9, которая дополнительно содержит позиционно чувствительный датчик звена руки манипулятора и формирования сигнала о координатах положения звена руки дистанционно управляемого манипулятора, связанного на выходе с удаленным компьютером управления.
  13. 13. Система привода манипулятора, состоящая из селекторного ключа режима стабилизации по угловой скорости и формирования сигнала управления режима стабилизации по угловой скорости для приведения в действие руки манипулятора в режиме стабилизации по угловой скорости, из органа ручного управления для режима пространственного соответствия, содержащего позиционно управляемый ведущий блок формирования сигнала управления режима пространственного соответствия в зависимости от положения ведущего блока и управления рукой манипулятора в режиме пространственного соответствия, из селектора режимов и формирования сигнала выбранного режима, связанного по выбору входа с селекторным ключом режима стабилизации угловой скорости или с органом ручного управления для режима пространственного соответствия, и из локального компьютера управления и формирования на выходе сигнала дистанционного управления, связанного с селектором режимов.
  14. 14. Система по п.13, которая дополнительно содержит удаленный компьютер управления и формирования на выходе входного сигнала управления исполнительным механизмом, связанный с локальным компьютером управления.
  15. 15. Система по п.14, в которой удаленный компьютер управления содержит электронику телеметрии и программное обеспечение.
  16. 16. Система по п.14, которая дополнительно содержит устройство управления исполнительного механизма и формирования выходного сигнала управления исполнительным механизмом, связанное с удаленным компьютером управления, исполнительный механизм формирования позиционного сигнала, свя
    - 6 012196 занный с устройством управления исполнительного механизма и установленный с возможностью перемещения в зависимости от позиционного сигнала, и звено руки дистанционно управляемого манипулятора, соединенное с исполнительным механизмом с возможностью перемещения в зависимости от перемещения исполнительного механизма.
  17. 17. Система по п.16, которая дополнительно содержит позиционно чувствительный датчик звена руки манипулятора и формирования сигнала о координатах положения звена руки дистанционно управляемого манипулятора, связанного на выходе с удаленным компьютером управления.
  18. 18. Система привода манипулятора, состоящая из селекторного ключа режима стабилизации по угловой скорости и формирования сигнала управления режима стабилизации по угловой скорости для приведения в действие руки манипулятора в режиме стабилизации по угловой скорости, из органа ручного управления для режима пространственного соответствия, содержащего позиционно управляемый ведущий блок формирования сигнала управления режима пространственного соответствия в зависимости от положения ведущего блока и управления рукой манипулятора в режиме пространственного соответствия, из селектора режимов и формирования сигнала выбранного режима, связанного по выбору входа с селекторным ключом режима стабилизации угловой скорости или с органом ручного управления для режима пространственного соответствия, из локального компьютера управления и формирования на выходе сигнала дистанционного управления, связанного с селектором режимов, и из удаленного компьютера управления и формирования на выходе входного сигнала управления исполнительным механизмом, связанного с локальным компьютером управления и содержащего электронику телеметрии и программное обеспечение.
  19. 19. Система по п.18, в которой удаленный компьютер управления связан с локальным компьютером управления по оптоволоконной линии.
  20. 20. Система по п.18, в которой удаленный компьютер управления связан с локальным компьютером управления по проводной линии.
EA200801856A 2006-02-17 2007-02-16 Система привода для манипулятора (варианты) EA012196B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US77478206P 2006-02-17 2006-02-17
PCT/US2007/062293 WO2007098391A2 (en) 2006-02-17 2007-02-16 A multi-mode manipulator arm and drive system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200801856A1 EA200801856A1 (ru) 2008-12-30
EA012196B1 true EA012196B1 (ru) 2009-08-28

Family

ID=38438066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200801856A EA012196B1 (ru) 2006-02-17 2007-02-16 Система привода для манипулятора (варианты)

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7466099B2 (ru)
EP (1) EP1984240A4 (ru)
CN (1) CN101421152A (ru)
AP (1) AP2951A (ru)
BR (1) BRPI0708076A2 (ru)
CA (1) CA2646390C (ru)
EA (1) EA012196B1 (ru)
NO (1) NO20083933L (ru)
WO (1) WO2007098391A2 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2420634A (en) * 2004-11-24 2006-05-31 Perry Slingsby Systems Ltd Control system for articulated manipulator arm
CN101224343B (zh) * 2007-01-19 2011-08-24 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 类生物及其部件控制模块
DE102008027485B4 (de) * 2008-06-09 2010-02-11 Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh Deposition einer Solldosisverteilung in einem zyklisch bewegten Zielgebiet
US8644964B2 (en) * 2012-05-03 2014-02-04 Deere & Company Method and system for controlling movement of an end effector on a machine
US20150224639A1 (en) * 2014-02-07 2015-08-13 Control Interfaces LLC Remotely operated manipulator and rov control systems and methods
US9314922B2 (en) 2014-02-07 2016-04-19 Control Interfaces LLC Remotely operated manipulator and ROV control systems and methods

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5223776A (en) * 1990-12-31 1993-06-29 Honeywell Inc. Six-degree virtual pivot controller
US6167831B1 (en) * 1999-09-20 2001-01-02 Coflexip S.A. Underwater vehicle
US6772705B2 (en) * 2001-09-28 2004-08-10 Kenneth J. Leonard Variable buoyancy apparatus for controlling the movement of an object in water

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4068156A (en) 1977-03-01 1978-01-10 Martin Marietta Corporation Rate control system for manipulator arms
US4467436A (en) 1981-10-26 1984-08-21 United States Robots, Inc. Robot arm controller with common bus memory
US4486843A (en) 1982-03-03 1984-12-04 Nordson Corporation Transitional command position modification for a controller
US4608651A (en) * 1982-10-28 1986-08-26 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Control system for direct teaching/playback type robots
SE8304100L (sv) 1983-07-22 1985-01-23 Ibm Svenska Ab System for automatisk kalibrering av rymdkoordinaterna hos en robotgripper i sex frihetsgrader
US4685067A (en) 1986-02-20 1987-08-04 Cincinnati Milacron Inc. Control system for program controlled manipulator having multiple triggered functions between programmed points
US4786848A (en) * 1987-07-27 1988-11-22 Davidson Textron Inc. Water jet trim head simulator
US5046022A (en) 1988-03-10 1991-09-03 The Regents Of The University Of Michigan Tele-autonomous system and method employing time/position synchrony/desynchrony
US5021969A (en) * 1988-03-17 1991-06-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Manipulator operating apparatus
US5038089A (en) * 1988-03-23 1991-08-06 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Synchronized computational architecture for generalized bilateral control of robot arms
WO1991005113A1 (en) 1989-09-26 1991-04-18 Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho Operation automating apparatus of hydraulic driving machine
US5164151A (en) 1991-06-24 1992-11-17 Shah Jagdish H Manipulator system for an enclosure with a limited access point
US5424623A (en) * 1993-05-13 1995-06-13 Caterpillar Inc. Coordinated control for a work implement
US5734373A (en) * 1993-07-16 1998-03-31 Immersion Human Interface Corporation Method and apparatus for controlling force feedback interface systems utilizing a host computer
US5429682A (en) 1993-08-19 1995-07-04 Advanced Robotics Technologies Automated three-dimensional precision coatings application apparatus
US5825308A (en) * 1996-11-26 1998-10-20 Immersion Human Interface Corporation Force feedback interface having isotonic and isometric functionality
US5760764A (en) * 1995-12-13 1998-06-02 Altra Computer display cursor controller with serial interface
US6636197B1 (en) * 1996-11-26 2003-10-21 Immersion Corporation Haptic feedback effects for control, knobs and other interface devices
US6313595B2 (en) 1999-12-10 2001-11-06 Fanuc Robotics North America, Inc. Method of controlling an intelligent assist device in a plurality of distinct workspaces
US6204620B1 (en) 1999-12-10 2001-03-20 Fanuc Robotics North America Method of controlling an intelligent assist device
US6456901B1 (en) 2001-04-20 2002-09-24 Univ Michigan Hybrid robot motion task level control system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5223776A (en) * 1990-12-31 1993-06-29 Honeywell Inc. Six-degree virtual pivot controller
US6167831B1 (en) * 1999-09-20 2001-01-02 Coflexip S.A. Underwater vehicle
US6772705B2 (en) * 2001-09-28 2004-08-10 Kenneth J. Leonard Variable buoyancy apparatus for controlling the movement of an object in water

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI0708076A2 (pt) 2011-05-17
NO20083933L (no) 2008-11-05
WO2007098391A2 (en) 2007-08-30
AP2008004588A0 (en) 2008-08-31
AP2951A (en) 2014-08-31
EP1984240A4 (en) 2013-03-13
EA200801856A1 (ru) 2008-12-30
WO2007098391A3 (en) 2008-05-22
EP1984240A2 (en) 2008-10-29
US20070205739A1 (en) 2007-09-06
WO2007098391A9 (en) 2007-12-21
US7466099B2 (en) 2008-12-16
CA2646390A1 (en) 2007-08-30
CN101421152A (zh) 2009-04-29
CA2646390C (en) 2014-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6836982B1 (en) Tactile feedback system for a remotely controlled work machine
CN101102869B (zh) 用于铰接式操纵臂的控制系统
EA012196B1 (ru) Система привода для манипулятора (варианты)
US6725131B2 (en) System and method for controlling hydraulic flow
US7753077B2 (en) Hybrid hydraulic joystick for electrically operating valves
GB2384547A (en) Sensory or force feedback for a video game joystick or in an electro-hydraulic system
US20070193442A1 (en) Variable Mode Manipulator and Drive System
GB2110428A (en) Control system for a manipulator arm
WO2008143753A1 (en) Operator interface assembly including a hall effect element and machine using same
Kontz et al. Electronic control of pump pressure for a small haptic backhoe
Tanzini et al. Embedded architecture of a hydraulic demolition machine for robotic teleoperation in the construction sector
GB2279774A (en) Construction vehicle diagnostic system
GB2412421A (en) Method of providing sensory feedback for a hydraulic actuator
JPH09285984A (ja) 遠隔操作型ロボットの制御方法および遠隔操作型軸挿入装置
Haas et al. Practical evaluation of a control concept for a remote controlled 1.8 T excavator using a 3D input device
KR101807883B1 (ko) 전기 조이스틱 컨트롤 기반의 건설장비 자동 제어 시스템 및 방법
JP4475607B2 (ja) 作業機及びその操縦システム
JPH09302709A (ja) マニュアルマニピュレータの操作制御装置
SU677909A1 (ru) Рабочий орган манипул тора
JPH0441673Y2 (ru)
KR101983328B1 (ko) 유압 조이스틱 컨트롤 기반의 건설장비 자동 제어 시스템 및 방법
JPH09242126A (ja) 建設機械の遠隔制御装置
JP2001227006A (ja) 作業機の操縦システム
JPH0442143B2 (ru)
Nune Hardware modifications for electro-hydraulic conversion and implementation of computer-assisted control on a large mining shovel