RU1781024C

RU1781024C - Manipulator control device

Info

Publication number: RU1781024C
Application number: SU904879853A
Authority: RU
Inventors: Юрий Мирзоевич Осипов
Original assignee: Ю.М.Осипов
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1990-08-20
Publication date: 1992-12-15

Abstract

Использование: в манипул ционных системах . Сущность изобретени : в устройстве , включающее устройство формировани управл ющих сигналов и электромеханический модуль, индукторы линейного электродвигател , смонтированные в корпусе неподвижно и попарно на противоположных его сторонах. Соответствующие индукторам подвижные кор имеют вдоль магнитопровода зубчатые рейки, при помощи которых кор каждой пары кинематически св заны с зубчатым колесом, смонтированным на корпусе. Один корь каждой пары неподвижно соединен с ходовой балкой и уравновешен со вторым корем этой пары, на валу зубчатого колеса смонтированы датчики углового положени и ускорени , выход датчика углового ускорени через аналого-цифровой преобразователь соединен с микропроцессором. 3 ил.Usage: in handling systems. SUMMARY OF THE INVENTION: in a device including a control signal generating device and an electromechanical module, linear motor inductors mounted in a housing fixed and pairwise on opposite sides thereof. The movable cores corresponding to the inductors have gear rails along the magnetic circuit, by means of which the cores of each pair are kinematically connected with a gear mounted on the housing. One core of each pair is fixedly connected to the running beam and balanced with the second core of this pair, angular position and acceleration sensors are mounted on the gear shaft, the output of the angular acceleration sensor is connected to the microprocessor via an analog-to-digital converter. 3 ill.

Description

Изобретение относитс к робототехнике и может быть использовано в манипул ционных системах во многих отрасл х народного хоз йства.The invention relates to robotics and can be used in handling systems in many sectors of the national economy.

Известны манипул торы, содержащие устройство формировани управл ющих сигналов и автоматизированный линейный электропривод.Manipulators are known comprising a control signal generating apparatus and an automated linear electric drive.

Наиболее близким к предложенному устройству по технической сущности вл етс графопостроитель - манипул тор с пр моугольной системой координат основных движений. В нем на вход блоков управлени линейными электродвигател ми подаютс электрические сигналы, пропорциональные текущим координатам в виде последовательности импульсов. Подвижные индукторы линейных электродвигателей, перемеща сь вдоль неподвижных корей, перемещают ленточные передачи, которые, обкатыва сь по роликам, перемещают соответствующие каретки ходовых балок, указанные кинематические передачи с независимыми ветв ми повышают точность работы графопостроител и улучшают динамические характеристики путем возможности уравновешивани подвижных частей .The closest to the proposed device in technical essence is a plotter - a manipulator with a rectangular coordinate system of the main movements. In it, electric signals proportional to the current coordinates in the form of a sequence of pulses are fed to the input of linear electric motor control units. Moving inductors of linear electric motors, moving along the fixed cores, move the tape drives, which, rolling around the rollers, move the respective carriage of the running beams, these kinematic gears with independent branches increase the accuracy of the plotter and improve dynamic characteristics by the ability to balance the moving parts.

Недостатками известного устройства вл ютс мала жесткость и прочность ленточных передач, необходимость устройства контактного или бесконтактного подвода электропитани к подвижному индуктору, а также отсутствие датчика ускорени и микропроцессорных средств управлени , позвол ющих формировать адаптивный способ управлени манипул тором в услови х внешних возмущающих сил.The disadvantages of the known device are the low rigidity and strength of the tape drives, the need for a contact or non-contact supply of power to the movable inductor, as well as the absence of an acceleration sensor and microprocessor controls that allow the formation of an adaptive way to control the manipulator under conditions of external disturbing forces.

С целью расширени функциональных возможностей и повышени эффективности -управлени манипул тором, а также повышени точности и надежности его работы, в устройство формировани управл ющих сигналов передают информацию о величисл СIn order to expand the functionality and increase the efficiency of manipulator control, as well as to increase the accuracy and reliability of its operation, information on the magnitude of C is transmitted to the control signal generation device

ИAND

( |и(| and

оabout

ю -Nu -N

ивожIvozh

не и направлении ускорени управл емого звена, вычисл ют движущую силу в течение рабочего цикла, использу информацию о массе подвижных звеньев манипул тора, включа массу груза и формируют соответствующие величины и направлени токов, подаваемых в обмотки управлени электродвигател дл обеспечени необходимого закона перемещени рабочего органа, причем индукторы линейного электродвигател смонтированы в корпусе неподвижно и попарно на противоположных его сторонах, соответствующие индукторы подвижные кор имеют вдоль магнитопровода зубчатые рейки, при помощи которых кор каждой пары кинематически св заны зубчатым колесом, смонтированным на корпусе, один корь каждой пары неподвижно соединен с ходовой балкой и уравновешен со вторым корем этой пары, на валу зубчатого колеса смонтированы датчики углового положени и ускорени , выход датчика углового ускорени через аналого-цифровой преобразователь соединен с микропроцессором.not the direction of acceleration of the controlled link, the driving force is calculated during the working cycle, using information about the mass of the movable links of the manipulator, including the mass of the load, and form the corresponding values and directions of the currents supplied to the control windings of the electric motor to provide the necessary law of movement of the working body, moreover, the inductors of the linear electric motor are mounted in the housing motionless and in pairs on its opposite sides, the corresponding inductors are movable core along magnetically The gear racks, by means of which the core of each pair are kinematically connected by a gear wheel mounted on the housing, one root of each pair is fixedly connected to the running beam and balanced with the second core of this pair, angular position and acceleration sensors are mounted on the gear shaft, sensor output angular acceleration through an analog-to-digital converter is connected to a microprocessor.

На фиг.1 представлена структурна схема автоматизированного электропривода манипул тора; на фиг.2 - общий вид электромеханического модул манипул тора; на фиг.З -то же, с выдвинутой ходовой балкой.Figure 1 presents a structural diagram of an automated electric manipulator; figure 2 is a General view of the electromechanical module of the manipulator; in Fig. 3, the same, with the extended running beam.

Структурна схема содержит устройство формировани управл ющих сигналов 1, включающее микропроцессор 2, цифроана- логовый преобразователь 3, усилитель мощности4 ,аналого-цифровой преобразователь 5, и электромеханический модуль манипул тора 6, включающий линейный электродвигатель 7, датчик положени ходовой балки 8, датчик ускорени ходовой балки 9. Электромеханический модуль б содержит корпус 10, ходооую балку 11, индукторы линейного электродвигател 12,13, смонтированные неподвижно на корпусе 10, подвижные кор 14, 15, установленные в вращающихс опорах 16. Подвижные кор 14,15 имеют вдоль магнитопровода зубчатые рейки 17, кинематически св занные с зубчэ.тым колесом 18, смонтированным при помощи кронштейна 19 на корпусе 10. На валу зубчатого колеса 18 смонтированы датчик углового полож.е- ни 8 и датчик углового ускорени 9.The block diagram contains a control signal generating device 1, including a microprocessor 2, a digital-to-analog converter 3, a power amplifier 4, an analog-to-digital converter 5, and an electromechanical manipulator module 6, including a linear electric motor 7, a position sensor for the beam 8, and an acceleration sensor for chassis beams 9. The electromechanical module b contains a housing 10, a running beam 11, inductors of a linear electric motor 12,13, mounted motionlessly on the housing 10, movable core 14, 15, installed in the rotate their supports 16. The movable cores 14.15 have gear racks 17 along the magnetic circuit kinematically connected to a gear wheel 18 mounted with an arm 19 on the housing 10. An angular position sensor 8 is mounted on the gear shaft 18 and angular acceleration sensor 9.

Способ управлени манипул тором состоит в следующем, управл ющий сигнал, необходимый дл выполнени перемещени ходовой балки манипул тора на величину I поступает на вход микропроцессора 2 от системы управлени робота. В микропроцессоре 2 и цифроаналоговом преобразователе 3 формируютс управл ющие сигналы, которые через усилитель мощности 4 подаютс на входы линейного двигател 7, перемещающего ходовую балку 11 на соответствующую величину I. Согласно блок-схеме сигнал обратной св зи от датчика положени 8, передаетс на сравнение с управл ющим сигналом цифроаналогового преобразовател 3, разность сигналов вновь поступает на вход усилител 4 до полной отработки величины I. Кроме того, сигнал обратной св зи от датчика положени 8 передаетс также через аналого-цифровой двухканальный преобразователь 5 в микропроцессор 2, в котором, при необходимости, производитс вычисление по величине сигнала обратной св зи действительного значени величины текущего положени ходовой балки манипул тора и сравниваетс с величиной сигнала от системы управлени робота. Таким образом, использованиеThe control method of the manipulator consists in the following, the control signal necessary to perform the movement of the manipulator running beam by the value I is input to the microprocessor 2 from the robot control system. In the microprocessor 2 and the digital-to-analog converter 3, control signals are generated, which are supplied through the power amplifier 4 to the inputs of the linear motor 7, which moves the chassis 11 by the corresponding value I. According to the block diagram, the feedback signal from the position sensor 8 is transmitted for comparison with the control signal of the digital-to-analog converter 3, the difference of the signals is again fed to the input of the amplifier 4 until the value I is completely worked out. In addition, the feedback signal from the position sensor 8 is also transmitted through nalogo dual-digital converter 5 to the microprocessor 2, in which, if necessary, the calculation is performed on the signal strength feedback current actual value position value of the feed beam and the manipulator is compared with the magnitude of the signal from the robot control system. Thus using

микропроцессора, может повысить эффективность управлени . Помимо обратной св зи по положению, в блок-схеме имеетс обратна св зь по ускорению ходовой балки манипул тора. Сигнал отдатчика ускорени microprocessor, can improve control efficiency. In addition to position feedback, the block diagram provides feedback on the acceleration of the manipulator chassis. Acceleration Sensor Signal

9 через аналого-цифровой преобразователь 5 поступает в микропроцессор 2, в котором используетс дл вычислени 9 through an analog-to-digital converter 5 enters the microprocessor 2, in which it is used to calculate

1. Усилий, приложенных к ходовой балке . Если ускорение по направлению совпадает с направлением заданного движени РдВ - Рнагр та), а также при а О (Рдв Рнагр), то в микропроцессоре 2 и цифроаналоговом преобразователе 3, соответственно1. The forces applied to the chassis. If the acceleration in the direction coincides with the direction of the specified motion RdV - Rnagr), as well as at a О (Rdv Rnagr), then in microprocessor 2 and digital-to-analog converter 3, respectively

рассчитываютс и формируютс напр жени дл поддержани скоростей и ускорений ходовой балки дл заданного перемещени . В случае не совпадени направлени ускорени с направлением заданного движени (Рнагр - Рдв та), то в микропроцессоре 2 и цифроаналоговом преобразователе 3, рассчитываютс и формируютс управл ющие напр жени дл мгновенного восстановлени движени вstresses are calculated and generated to maintain the speeds and accelerations of the undercarriage for a given movement. If the direction of acceleration does not coincide with the direction of the specified motion (Rnag - Rdvata), then in microprocessor 2 and digital-to-analog converter 3, control voltages are calculated and formed for instantaneous restoration of motion in

заданном направлении ходовой балки 11с компенсацией положени при помощи позиционной обратной св зи. Этот случай может возникнуть в электроприводе с допустимой неуравновешенностью Дт приa predetermined direction of the chassis 11 with position compensation by position feedback. This case may occur in an electric drive with permissible imbalance

превышении величины внешних возмущающих сил над расчетной, с учетом которой проводилась технологическа операци уравновешивани подвижных звеньев манипул тора . Кроме того, схват манипул тора может вз ть груз весом превышающим допустимую норму дл данного уравновешенного электропривода, т.е. присоединив дополнительную массу, нарушить характеристики уравновешивани в сторону увеличени А т, что при допустимых величинах внешних возмущающих сил может привести к несовпадению направлени ускорени подвижных звеньев манипул тора с направлением заданного перемещени . Управление электроприводом предложенным способом позвол ет сглаживать воздействие внешних возмущающих сил помимо уравновешивани , формировать адаптивный способ управлени манипул тором, расшир его функциональные возможности.exceeding the value of external disturbing forces over the calculated one, taking into account which a technological operation was carried out to balance the movable parts of the manipulator. In addition, the grip of the manipulator can take a load that exceeds the permissible norm for a given balanced electric drive, i.e. by adding an additional mass, violate the balancing characteristics in the direction of increasing A t, which, with permissible values of external perturbing forces, can lead to a mismatch in the direction of acceleration of the moving parts of the manipulator with the direction of a given movement. The control of the electric drive by the proposed method makes it possible to smooth out the influence of external disturbing forces in addition to balancing, to form an adaptive way of controlling the manipulator, expanding its functionality.

2. Усредненных скоростей движени ходовой балки дл более плавного перемещени в заданную позицию.2. Averaged travel speeds of the undercarriage for smoother movement to a predetermined position.

Поступательно движущиес звень электромеханического модул манипул тора - подвижный корь 14с ходовой балкой 11с одной стороны и подвижный корь 15с другой стороны, вл ющиес независимыми ветв ми поступательной кинематиче- ской передачи, могут быть уравновешены с допустимой погрешностью Am в соответствии с известной методикой. Как правило, уравновешивание звеньев улучшает динамические характеристики линейного элект- ропривода, повышает точность работы манипул тора на наклонах, качках, вибраци х и ударах. Предложенный способ и устройство дл его реализации позвол ет дополнить эффект уравновешивани звень- ев манипул тора и значительно улучшить его динамические характеристики с по влением нового качества - возможности перемещени грузов с весом, превышающим допустимую норму дл данного уравновешенного электропривода.The progressively moving link of the electromechanical manipulator module — the movable core 14 with the running beam 11 on one side and the movable core 15 on the other, which are independent branches of the translational kinematic transmission, can be balanced with the permissible error Am in accordance with the known method. As a rule, balancing the links improves the dynamic characteristics of the linear electric drive, increases the accuracy of the manipulator on tilting, rolling, vibration and shock. The proposed method and device for its implementation allows you to complement the effect of balancing the links of the manipulator and significantly improve its dynamic characteristics with the advent of a new quality - the ability to move loads with a weight exceeding the permissible norm for a given balanced electric drive.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A manipulator control device comprising a control signal generating unit including a computing unit, digital-to-analog and analog-to-digital converters, a power amplifier and a comparison circuit, a balanced linear electric motor including inductors and a core, and a feedback sensor, characterized in that in order to increase accuracy and reliability in operation, the inductors are mounted in the housing motionless and in pairs on its opposite sides and the movable boxes corresponding to the inductors They hold gear racks located parallel to the magnet kinematically connecting the core of each pair with a gear mounted on the housing, while the core of each pair is fixedly connected to the running beam and balanced with the second core of this pair, and angular position sensors are mounted on the gear shaft and acceleration, wherein the output of the angular acceleration sensor is connected to the computing unit via an analog-to-digital converter.

Fe / e. 1

FIG. 2

f / J //// 7

127 o ± 1

T

Iff 13 // if6

//

Phage J