RU2129953C1 - Apparatus for program control of manipulator - Google Patents
Apparatus for program control of manipulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2129953C1 RU2129953C1 RU98109843A RU98109843A RU2129953C1 RU 2129953 C1 RU2129953 C1 RU 2129953C1 RU 98109843 A RU98109843 A RU 98109843A RU 98109843 A RU98109843 A RU 98109843A RU 2129953 C1 RU2129953 C1 RU 2129953C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- multiplication
- block
- adder
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании контурных систем управления многостепенными манипуляторами. The invention relates to robotics and can be used to create contour control systems for multi-stage manipulators.
Известно устройство числового программного управления, содержащее логический элемент, первый вход которого подключен к пульту обучения, его второй вход - к пульту оператора, третий - к накопителю на магнитной ленте, четвертый через шинный согласователь соединен с выходом микро ЭВМ, пятый и шестой соединены соответственно с формирователями технологических команд, установленных на оборудовании, и с датчикам обратных связей, причем с первого выхода этого логического элемента подаются сигналы управления следящими приводами, а с его второго выхода - технологические команды на оборудование (см. Г. А. Спыну Промышленные работы. Конструирование и применение - Киев: Выща школа, 1991, стр. 165-166). A device for numerical program control is known that contains a logic element, the first input of which is connected to the learning console, its second input is to the operator’s console, the third to the magnetic tape drive, the fourth is connected to the output of the microcomputer via the bus coordinator, the fifth and sixth are connected respectively to shapers of technological teams installed on the equipment, and with feedback sensors, moreover, from the first output of this logic element, control signals from servo drives are sent, and from its second output - technological teams for equipment (see G. A. Spin Industrial Works. Design and Application - Kiev: Vyshcha Shkola, 1991, pp. 165-166).
Недостатком этого устройства является то, что с его помощью удается сформировать управляющую программу на приводы только в режиме обучения по кадрам, когда необходимые движения руки робота воспроизводятся оператором, а формирующиеся при этом в каждой степени подвижности манипулятора сигналы записываются в памяти устройства управления. Затем в автоматическом режиме осуществляется воспроизведение записанных в каждой степени подвижности движений. Это устройство не позволяет формировать сигналы управления на привод каждой степени подвижности на основе информации о текущем положении характерной точки схвата и его ориентации. То есть это устройство не способно решить обратную задачу кинематики для заданной конструкции манипулятора. The disadvantage of this device is that with its help it is possible to generate a control program for the drives only in the training mode by personnel, when the necessary movements of the robot arm are reproduced by the operator, and the signals that are generated in each degree of the manipulator's mobility are recorded in the memory of the control device. Then, in automatic mode, the movements recorded in each degree of mobility are reproduced. This device does not allow generating control signals for the drive of each degree of mobility on the basis of information about the current position of the characteristic gripping point and its orientation. That is, this device is not able to solve the inverse kinematics problem for a given manipulator design.
Известно также устройство для программного управления манипулятором, содержащее блок задания программы, по каждой регулируемой координате привод, последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого подключен к первому выходу блока задания программы, первый блок деления, первый функциональный преобразователь, второй сумматор, первый релейный элемент, первый блок умножения, второй функциональный преобразователь, второй блок деления и третий функциональный преобразователь, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, второй блок умножения, третий блок умножения, второй вход которого подключен к седьмому выходу блока задания программы, третий сумматор, пятый функциональный преобразователь и четвертый блок умножения, последовательно соединенные третий блок деления, и шестой функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные пятый блок умножения, четвертый сумматор и второй релейный элемент, выход которого соединен со вторым входом четвертого блока умножения, последовательно соединенные шестой блок умножения, пятый сумматор, выход которого соединен с первым входом пятого блока умножения, а его второй вход - с выходом седьмого блока умножения, последовательно соединенные восьмой блок умножения, первый вход которого подключен к девятому выходу блока задания программы, шестой сумматор, второй вход которого через девятый блок умножения соединен с восьмым выходом блока задания программы, девятый блок умножения, второй вход которого соединен со вторым выходом блока задания программы, вторым входом первого сумматора и с первым входом третьего блока деления, а его выход - со вторым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой функциональный преобразователь, вход которого подключен ко входу четвертого функционального преобразователя и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с первым входом седьмого блока умножения, его выход - со вторым входом третьего сумматора, а его первый вход - со вторым входом шестого блока умножения, последовательно соединенные восьмой функциональный преобразователь, двенадцатый блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого через тринадцатый блок умножения подключен ко второму входу второго блока умножения и девятый функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом первого блока умножения, последовательно соединенные четырнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом восьмого функционального преобразователя, а второй - с выходом четвертого функционального преобразователя, и пятнадцатый блок умножения, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора, восьмой сумматор, первый вход которого соединен с третьим выходом блока задания программы и вторыми входами третьего блока деления и пятого блока умножения, его второй вход - с четвертым выходом блока задания программы, а выход - со вторым входом первого блока деления и первым входом четвертого блока деления, девятый сумматор, первый вход которого соединен с пятым, а второй - с шестым выходом блока задания программы (см. Патент РФ N 2054349 МКИ B 25 J 9/16, БИ N 5, 1996 г). A device for programmatically controlling a manipulator is also known, comprising a program setting unit, a drive for each adjustable coordinate, a first adder connected in series, a first input of which is connected to a first output of a program set unit, a first division unit, a first functional converter, a second adder, a first relay element, the first multiplication unit, the second functional converter, the second division unit and the third functional converter, connected in series with the fourth function an al converter, a second multiplication unit, a third multiplication unit, the second input of which is connected to the seventh output of the program setting unit, a third adder, a fifth functional converter and a fourth multiplication unit, connected in series with the third division unit, and a sixth functional converter, the output of which is connected to the second input the second adder, the fifth multiplication unit, the fourth adder and the second relay element, the output of which is connected to the second input of the fourth unit are multiplied in series connected in series to the sixth multiplication unit, a fifth adder, the output of which is connected to the first input of the fifth multiplication unit, and its second input to the output of the seventh multiplication unit, in series with the eighth multiplication unit, the first input of which is connected to the ninth output of the program task unit, the sixth an adder, the second input of which through the ninth multiplication unit is connected to the eighth output of the program task unit, the ninth multiplication unit, the second input of which is connected to the second output of the program task unit, second to the first adder and the first input of the third division unit, and its output - with the second input of the fourth adder, the seventh functional converter connected in series, the input of which is connected to the input of the fourth functional converter and the eleventh multiplication unit, the second input of which is connected to the first input of the seventh multiplication unit , its output is with the second input of the third adder, and its first input is with the second input of the sixth multiplication unit, the eighth functional transform is connected in series spruce, twelfth multiplication block, seventh adder, the second input of which through the thirteenth multiplication block is connected to the second input of the second multiplication block and the ninth functional converter, the output of which is connected to the second input of the first multiplication block, the fourteenth multiplication block is connected in series, the first input of which is connected to the output the eighth functional converter, and the second with the output of the fourth functional converter, and the fifteenth multiplication block, the output of which is connected to the third input ode of the third adder, the eighth adder, the first input of which is connected to the third output of the program unit and the second inputs of the third division unit and the fifth multiplication unit, its second input - with the fourth output of the program unit, and the output - with the second input of the first division unit and the first the input of the fourth division block, the ninth adder, the first input of which is connected to the fifth, and the second to the sixth output of the program task block (see RF patent N 2054349 MKI B 25 J 9/16, BI N 5, 1996).
Это устройство является наиболее близким к предлагаемому решению. Оно позволяет сформировать сигналы управления на приводы всех степеней подвижности манипулятора, которые обеспечивают требуемое перемещение схвата в трехмерном пространстве с заданной ориентацией. То есть это устройство обеспечивает решение обратной задачи кинематики в реальном масштабе времени. This device is the closest to the proposed solution. It allows you to generate control signals to the drives of all degrees of mobility of the manipulator, which provide the required movement of the grip in three-dimensional space with a given orientation. That is, this device provides a solution to the inverse kinematics problem in real time.
Недостатком этого устройства является то, что оно предназначено для другого типа манипулятора, работающего в цилиндрической системе координат, и не может быть использовано для манипуляторов других типов. The disadvantage of this device is that it is intended for a different type of manipulator working in a cylindrical coordinate system, and cannot be used for manipulators of other types.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание такого устройства управления, которое по известным изменяющимся во времени текущим линейным координатам характерной точки схвата и угловым координатам, характеризующим его ориентацию в трехмерном пространстве в реальном масштабе времени смогло бы сформировать такие сигналы управления на приводы всех степеней подвижности конкретного манипулятора, которые обеспечили бы требуемое перемещение схвата в пространстве с заданной ориентацией. То есть это устройство должно обеспечить решение обратной задачи кинематики в реальном масштабе времени с учетом конструкции и кинематических возможностей рассматриваемого манипулятора. The task to which the proposed technical solution is directed is to create such a control device that, using known current linear coordinates of the characteristic gripping point and angular coordinates characterizing its orientation in three-dimensional space in real time, could generate such control signals to the drives all degrees of mobility of a particular manipulator, which would provide the required movement of the grip in space with a given orientation. That is, this device should provide a solution to the inverse kinematics problem in real time, taking into account the design and kinematic capabilities of the manipulator in question.
Технический результат, который достигается при решении этой задачи, заключается в том, что без утомительных и длительных операций обучения, а также без дорогостоящих и сложных устройств управления удается сразу же формировать требуемые сигналы управления на приводы всех степеней подвижности манипулятора, задаваясь только функциями времени, характеризующими линейные перемещения некоторой точки схвата в трехмерном пространстве, а также функциями времени, характеризующими ориентацию схвата в этом пространстве. The technical result that is achieved in solving this problem is that without tedious and lengthy training operations, as well as without expensive and complex control devices, it is possible to immediately generate the required control signals to the drives of all degrees of manipulator mobility, being set only by time functions characterizing linear displacements of a certain point of the grip in three-dimensional space, as well as time functions characterizing the orientation of the grip in this space.
Поставленная задача решается тем, что устройство для программного управления манипулятором, содержащее блок задания программы, по каждой регулируемой координате привод, последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого подключен к первому выходу блока задания программы, первый блок деления, первый функциональный преобразователь, второй сумматор, первый релейный элемент, первый блок умножения, второй функциональный преобразователь, второй блок деления и третий функциональный преобразователь, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, второй блок умножения, третий блок умножения, второй вход которого подключен к восьмому выходу блока задания программы, третий сумматор, пятый функциональный преобразователь и четвертый блок умножения, последовательно соединенные третий блок деления, и шестой функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные пятый блок умножения, четвертый сумматор и второй релейный элемент, выход которого соединен со вторым входом четвертого блока умножения, последовательно соединенные шестой блок умножения, пятый сумматор, выход которого соединен с первым входом пятого блока умножения, а его второй вход - с выходом седьмого блока умножения, последовательно соединенные восьмой блок умножения, первый вход которого подключен к девятому выходу блока задания программы, шестой сумматор, второй вход которого через девятый блок умножения соединен с восьмым выходом блока задания программы, десятый блок умножения, второй вход которого соединен со вторым выходом блока задания программы, вторым входом первого сумматора и с первым входом третьего блока деления, а его выход - со вторым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой функциональный преобразователь, вход которого подключен ко входу четвертого функционального преобразователя и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с первым входом седьмого блока умножения, его выход - со вторым входом третьего сумматора, а его первый вход - со вторым входом шестого блока умножения, последовательно соединенные восьмой функциональный преобразователь, двенадцатый блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого через тринадцатый блок умножения подключен ко второму входу второго блока умножения и девятый функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом первого блока умножения, последовательно соединенные четырнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом восьмого функционального преобразователя, а второй - с выходом четвертого функционального преобразователя, и пятнадцатый блок умножения, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора, восьмой сумматор, первый вход которого соединен с третьим выходом блока задания программы и вторыми входами третьего блока деления и пятого блока умножения, его второй вход - с четвертым выходом блока задания программы, а выход - со вторым входом первого блока деления и первым входом четвертого блока деления, девятый сумматор, первый вход которого соединен с пятым, а второй - с шестым выходом блока задания программы, отличается тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные первый источник постоянного сигнала, десятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом девятого сумматора, шестнадцатый блок умножения, первый квадратор, одиннадцатый сумматор, десятый функциональный преобразователь, пятый блок деления, одиннадцатый функциональный преобразователь, двенадцатый сумматор, двенадцатый функциональный преобразователь, семнадцатый блок умножения, тринадцатый сумматор, тринадцатый функциональный преобразователь, четырнадцатый и пятнадцатый сумматоры, вторые входы которых подключены к выходу двенадцатого сумматора, четырнадцатый функциональный преобразователь, восемнадцатый блок умножения, шестнадцатый сумматор, второй вход которого соединен с пятым выходом блока задания программы и вторым входом тринадцатого блока умножения, первый блок которого подключен к выходу четырнадцатого функционального преобразователя, третий релейный элемент, девятнадцатый блок умножения, двадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего функционального преобразователя, и элемент слежения - хранения, второй вход которого через четвертый релейный элемент подключен к выходу второго функционального преобразователя, а его выход - ко входу четвертого функционального преобразователя, последовательно соединенные второй источник постоянного сигнала, второй квадратор, семнадцатый сумматор, второй вход которого соединен с третьим источником постоянного сигнала, третий вход через третий квадратор - с выходом десятого сумматора и вторыми входами четвертого блока деления и тринадцатого сумматора, восемнадцатый сумматор, выход которого соединен со вторым входом пятого блока деления, а его второй вход через четвертый квадратор - со вторым входом первого блока деления и последовательно соединенными двадцать первым блоком умножения, второй вход которого подключен к выходу второго источника постоянного сигнала и вторым входам шестнадцатого и семнадцатого блоков умножения, и пятый квадратор, выход которого соединен со вторым входом одиннадцатого сумматора, пятнадцатый функциональный преобразователь, вход которого соединен со входами второго функционального преобразователя и пятого релейного элемента, а выход - со вторым входом восемнадцатого блока умножения, шестнадцатый функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом четвертого блока деления, а выход - со вторым входом двенадцатого сумматора, причем вторые входы шестого и пятнадцатого блоков умножения подключены к девятому выходу блока задания программы, второй вход второго блока деления подключен ко второму выходу блока задания программы, вторые входы седьмого и девятого блоков умножения - к выходу четырнадцатого блока умножения, третий выход блока задания программы - ко второму входу двенадцатого блока умножения, выход пятого релейного элемента - ко второму входу девятнадцатого блока умножения, выход пятнадцатого сумматора - ко входу восьмого функционального преобразователя, второй вход третьего блока умножения - к восьмому выходу блока задания программы, а второй вход восьмого блока умножения - к выходу второго блока умножения, причем выходы первого, двенадцатого и четырнадцатого сумматоров, а также элемента слежения - хранения, первого и четвертого блоков умножения соединены со входами приводов, расположенных соответственно в первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой степенях подвижности манипулятора. The problem is solved in that the device for programmatically controlling the manipulator, comprising a program task unit, for each adjustable coordinate, a drive, a first adder connected in series, the first input of which is connected to the first output of the program task unit, a first division unit, a first functional converter, a second adder, the first relay element, the first multiplication unit, the second functional converter, the second division unit and the third functional converter, connected in series the fourth functional converter, the second multiplication unit, the third multiplication unit, the second input of which is connected to the eighth output of the program unit, the third adder, the fifth functional converter and the fourth multiplication unit, the third division unit connected in series, and the sixth functional converter, the output of which is connected to the second input of the second adder, the fifth multiplication unit, the fourth adder and the second relay element, the output of which is connected to the second input h of the fourth multiplication block, the sixth multiplication block is connected in series, the fifth adder, the output of which is connected to the first input of the fifth multiplication block, and its second input is the output of the seventh multiplication block, the eighth multiplication block is connected in series, the first input of which is connected to the ninth output of the program task block the sixth adder, the second input of which through the ninth multiplication block is connected to the eighth output of the program task block, the tenth multiplication block, the second input of which is connected to the second output of the rear block program, the second input of the first adder and with the first input of the third division block, and its output with the second input of the fourth adder, connected in series to the seventh functional converter, the input of which is connected to the input of the fourth functional converter and the eleventh multiplication unit, the second input of which is connected to the first the input of the seventh multiplication block, its output is with the second input of the third adder, and its first input is with the second input of the sixth multiplication block, connected in series with the eighth function the onal converter, the twelfth multiplication unit, the seventh adder, the second input of which through the thirteenth multiplication unit is connected to the second input of the second multiplication unit and the ninth functional converter, the output of which is connected to the second input of the first multiplication unit, connected in series with the fourteenth multiplication unit, the first input of which is connected to the output of the eighth functional converter, and the second with the output of the fourth functional converter, and the fifteenth multiplication block, the output of which connected to the third input of the third adder, the eighth adder, the first input of which is connected to the third output of the program unit and the second inputs of the third division unit and the fifth multiplication unit, its second input to the fourth output of the program unit, and the output to the second input of the first unit division and the first input of the fourth division unit, the ninth adder, the first input of which is connected to the fifth, and the second to the sixth output of the program task unit, differs in that it is additionally introduced in series connected the first constant signal source, the tenth adder, the second input of which is connected to the output of the ninth adder, the sixteenth multiplication unit, the first quadrator, the eleventh adder, the tenth functional converter, the fifth division unit, the eleventh functional converter, the twelfth adder, the twelfth functional converter, the seventeenth multiplication unit, thirteenth adder, thirteenth functional converter, fourteenth and fifteenth adders, the second inputs of which are connected to the output of the door the twelfth adder, the fourteenth functional converter, the eighteenth multiplication unit, the sixteenth adder, the second input of which is connected to the fifth output of the program setting unit and the second input of the thirteenth multiplication unit, the first unit of which is connected to the output of the fourteenth functional converter, the third relay element, the nineteenth multiplication unit, the twentieth a multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the third functional converter, and a tracking and storage element, the second input of which through the fourth relay element connected to the output of the second functional converter, and its output to the input of the fourth functional converter, a second constant signal source connected in series, a second quadrator, seventeenth adder, the second input of which is connected to the third constant signal source, the third input through the third quadrator with the output of the tenth adder and the second inputs of the fourth division block and the thirteenth adder, the eighteenth adder, the output of which is connected to the second input the fifth division block, and its second input through the fourth quadrator - with the second input of the first division block and connected in series with the twenty-first multiplication block, the second input of which is connected to the output of the second constant signal source and the second inputs of the sixteenth and seventeenth multiplication blocks, and the fifth quadrator, the output which is connected to the second input of the eleventh adder, the fifteenth functional converter, the input of which is connected to the inputs of the second functional converter and the fifth relay element, and the output is with the second input of the eighteenth multiplication block, the sixteenth functional converter, the input of which is connected to the output of the fourth division block, and the output is with the second input of the twelfth adder, and the second inputs of the sixth and fifteenth multiplication blocks are connected to the ninth output of the program task block, the second input of the second division block is connected to the second output of the program task block, the second inputs of the seventh and ninth multiplication blocks are to the output of the fourteenth multiplication block, the third output of the task block programs to the second input of the twelfth multiplication block, the output of the fifth relay element to the second input of the nineteenth multiplication block, the output of the fifteenth adder to the input of the eighth functional converter, the second input of the third multiplication block to the eighth output of the program task block, and the second input of the eighth multiplication block - to the output of the second multiplication block, and the outputs of the first, twelfth and fourteenth adders, as well as the tracking element - storage, the first and fourth multiplication blocks are connected to the inputs drives located respectively in the first, second, third, fourth, fifth and sixth degrees of mobility of the manipulator.
Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна". A comparative analysis of the features of the proposed solutions with the signs of analogues and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."
Заявленная совокупность признаков, приведенная в отличительной части формулы изобретения, позволяет в реальном масштабе времени формировать управляющие воздействия на все степени подвижности рассматриваемого манипулятора при задании временных функций изменения положения характерной точки схвата в трехмерном пространстве и временных функций, определяющих ориентацию схвата в этом пространстве. The claimed combination of features, given in the characterizing part of the claims, allows real-time control actions to be generated for all degrees of mobility of the manipulator under consideration when defining time functions for changing the position of the characteristic gripping point in three-dimensional space and temporal functions that determine the gripping orientation in this space.
На фиг. 1 представлена блок - схема предлагаемого устройства управления, а на фиг. 2 - кинематическая схема шестистепенного манипулятора; на фиг. 3 - дана характеристика функционального преобразователя 75. In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed control device, and in FIG. 2 - kinematic diagram of a six-step manipulator; in FIG. 3 - a characteristic of the
На этих чертежах введены следующие обозначения: qi - обобщенная координата степени подвижности i манипулятора, это управляющие координаты соответствующих приводов манипулятора (i = r - вектор, задающий положение характерной точки схвата P в трехмерном пространстве, определяемом неподвижной системой координат xyz; rx, ry, rz - координаты вектора r (характерной точки схвата манипулятора) в трехмерном пространстве: R - вектор, определяющий положение шарнира (точка W) пятой степени подвижности (координата q5) в трехмерном пространстве xyz; Rx, Ry, Rz - координаты вектора R в трехмерном пространстве xyz; L1, L2, L3, L4 - длины соответствующих звеньев манипулятора; a, b - единичные векторы, расположенные в плоскости схвата и определяющие его ориентацию в трехмерном пространстве xyz; ax, ay, az, bx, by, bz - соответствующие координаты векторов a и b в трехмерном пространстве xyz; ei - единичные векторы, совпадающие с осями шарниров степеней подвижности манипулятора (i =
Устройство для программного управления манипулятором (см. фиг. 1) содержит блок 1 задания программы, по каждой регулируемой координате привод, последовательно соединенные первый сумматор 2, первый вход которого подключен к первому выходу блока 1 задания программы, первый блок 3 деления, первый функциональный преобразователь 4, второй сумматор 5, первый релейный элемент 6, первый блок 7 умножения, второй функциональный преобразователь 8, второй блок 9 деления и третий функциональный преобразователь 10, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь 11, второй блок 12 умножения, третий блок 13 умножения, второй вход которого подключен к восьмому выходу блока 1 задания программы, третий сумматор 14, пятый функциональный преобразователь 15 и четвертый блок 16 умножения, последовательно соединенные третий блок 17 деления и шестой функциональный преобразователь 18, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора 5, последовательно соединенные пятый блок 19 умножения, четвертый сумматор 20 и второй релейный элемент 21, выход которого соединен со вторым входом четвертого блока 16 умножения, последовательно соединенные шестой блок 22 умножения, пятый сумматор 23, выход которого соединен с первым входом пятого блока 19 умножения, а его второй вход - с выходом седьмого блока 24 умножения, последовательно соединенные восьмой блок 25 умножения, первый вход которого подключен к девятому выходу блока 1 задания программы, шестой сумматор 26, второй вход которого через девятый блок 27 умножения соединен с восьмым выходом блока 1 задания программы, десятый блок 28 умножения, второй вход которого соединен со вторым выходом блока 1 задания программы, вторым входом первого сумматора 2 и с первым входом третьего блока 17 деления, а его выход - со вторым входом четвертого сумматора 20, последовательно соединенные седьмой функциональный преобразователь 29, вход которого подключен ко входу четвертого функционального преобразователя 11 и одиннадцатый блок 30 умножения, второй вход которого соединен с первым входом седьмого блока 24 умножения, его выход - со вторым входом третьего сумматора 14, а его первый вход - со вторым входом шестого блока 22 умножения, последовательно соединенные восьмой функциональный преобразователь 31, двенадцатый блок 32 умножения, седьмой сумматор 33, второй вход которого через тринадцатый блок 34 умножения подключен ко второму входу второго блока 12 умножения и девятый функциональный преобразователь 35, выход которого соединен со вторым входом первого блока 7 умножения, последовательно соединенные четырнадцатый блок 35 умножения, первый вход которого соединен с выходом восьмого функционального преобразователя 31, а второй - с выходом четвертого функционального преобразователя 11, и пятнадцатый блок 37 умножения, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора 14, восьмой сумматор 38, первый вход которого соединен с третьим выходом блока 1 задания программы и вторыми входами третьего блока 17 деления и пятого блока 19 умножения, его второй вход - с четвертым выходом блока 1 задания программы, а выход - со вторым входом первого блока 3 деления и первым входом четвертого блока 39 деления, девятый сумматор 40, первый вход которого соединен с пятым, а второй - с шестым выходом блока 1 задания программы, последовательно соединенные первый источник 41 постоянного сигнала, десятый сумматор 42, второй вход которого соединен с выходом девятого сумматора 40, шестнадцатый блок 43 умножения, первый квадратор 44, одиннадцатый сумматор 45, десятый функциональный преобразователь 46, пятый блок 47 деления, одиннадцатый функциональный преобразователь 48, двенадцатый сумматор 49, двенадцатый функциональный преобразователь 50, семнадцатый блок 51 умножения, тринадцатый сумматор 52, тринадцатый функциональный преобразователь 53, четырнадцатый 54 и пятнадцатый 55 сумматоры, вторые входы которых подключены к выходу двенадцатого сумматора 49, четырнадцатый функциональный преобразователь 56, восемнадцатый блок 57 умножения, шестнадцатый сумматор 58, второй вход которого соединен с пятым выходом блока 1 задания программы и вторым входом тринадцатого блока 34 умножения, первый вход которого подключен к выходу четырнадцатого функционального преобразователя 56, третий релейный элемент 59, девятнадцатый блок 60 умножения, двадцатый блок 61 умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего функционального преобразователя 10, и элемент 62 слежения - хранения, второй вход которого через четвертый релейный элемент 63 подключен к выходу второго функционального преобразователя 8, а его выход - ко входу четвертого функционального преобразователя 11, последовательно соединенные второй источник 64 постоянного сигнала, второй квадратор 65, семнадцатый сумматор 66, второй вход которого соединен с третьим источником 67 постоянного сигнала, третий вход через третий квадратор 68 - с выходом десятого сумматора 42 и вторыми входами четвертого блока 39 деления и тринадцатого сумматора 52, восемнадцатый сумматор 69, выход которого соединен со вторым входом пятого блока 47 деления, а его второй вход через четвертый квадратор 70 - со вторым входом первого блока 3 деления и последовательно соединенными двадцать первым блоком 71 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго источника 64 постоянного сигнала и вторым входам шестнадцатого 43 и семнадцатого 51 блоков умножения, и пятый квадратор 72, выход которого соединен со вторым входом одиннадцатого сумматора 45, пятнадцатый функциональный преобразователь 73, вход которого соединен со входами второго функционального преобразователя 8 и пятого релейного элемента 74, а выход - со вторым входом восемнадцатого блока 57 умножения, шестнадцатый функциональный преобразователь 75, вход которого соединен с выходом четвертого блока 39 деления, а выход - со вторым входом двенадцатого сумматора 49, причем вторые входы шестого 22 и пятнадцатого 37 блоков умножения подключены к девятому выходу блока 1 задания программы, второй вход второго блока 9 деления подключен ко второму выходу блока 1 задания программы, вторые входы седьмого 24 и девятого 27 блоков умножения - к выходу четырнадцатого блока 36 умножения, третий выход блока 1 задания программы - ко второму входу двенадцатого блока 32 умножения, выход пятого релейного элемента 74 - ко второму входу девятнадцатого блока 60 умножения, выход пятнадцатого сумматора 55 - ко входу восьмого функционального преобразователя 31, второй вход третьего блока 13 умножения - к восьмому выходу блока 1 задания программы, а второй вход восьмого блока 25 умножения - к выходу второго блока 12 умножения, причем выходы первого 2, двенадцатого 49 и четырнадцатого 54 сумматора, а также элемента 62 слежения - хранения, первого 7 и четвертого 16 блоков умножения соединены со входами приводов, расположенных соответственно в первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой степенях подвижности манипулятора.The following notation is introduced in these drawings: q i is the generalized coordinate of the degree of mobility i of the manipulator, these are the control coordinates of the corresponding drives of the manipulator (i = r is a vector defining the position of the characteristic gripping point P in three-dimensional space defined by the fixed coordinate system xyz; r x , r y , r z are the coordinates of the vector r (the characteristic grip point of the manipulator) in three-dimensional space: R is the vector defining the position of the hinge (point W) of the fifth degree of mobility (coordinate q 5 ) in three-dimensional space xyz; R x , R y , R z - coordinates of the vector R in the three-dimensional space xyz; L 1 , L 2 , L 3 , L 4 - the lengths of the corresponding links of the manipulator; a, b are unit vectors located in the grasp plane and determining its orientation in the three-dimensional space xyz; a x , a y , a z , b x , b y , b z - the corresponding coordinates of the vectors a and b in the three-dimensional space xyz; e i are unit vectors coinciding with the axes of the hinges of the degrees of mobility of the manipulator (i =
A device for programmatically controlling the manipulator (see Fig. 1) contains a program task unit 1, a drive for each adjustable coordinate, a first adder 2 connected in series, the first input of which is connected to the first output of the program task unit 1, the first division unit 3, the first functional converter 4, the second adder 5, the first relay element 6, the first multiplication unit 7, the second functional converter 8, the second division unit 9 and the third functional converter 10, connected in series to the fourth the national converter 11, the second multiplication block 12, the third multiplication block 13, the second input of which is connected to the eighth output of the program setting block 1, the third adder 14, the fifth functional converter 15 and the fourth multiplication block 16, connected in series with the third division block 17 and the sixth functional converter 18, the output of which is connected to the second input of the second adder 5, the fifth multiplication unit 19, the fourth adder 20 and the second relay element 21, the output of which is connected to the second input, are connected in series of the fourth multiplication unit 16, connected in series with the sixth multiplication unit 22, the
Устройство для управления манипулятором работает следующим образом. A device for controlling the manipulator operates as follows.
Блок 1 задания программы вырабатывает координаты вектора r, характеризующего текущее положение средней точки P схвата манипулятора в трехмерном пространстве xyz, а также текущие координаты векторов a и b, характеризующих ориентацию этого схвата в указанном пространстве в конкретный момент времени. Координаты вектора r: rx, ry, rz формируются соответственно на первом, четвертом и шестом выходах блока 1 задания программы, координаты вектора a: ax, ay, az - соответственно на втором, третьем и пятом выходах, а координаты вектора b: bx, by, bz - соответственно на седьмом, восьмом и девятом выходах этого блока. Все указанные координаты являются функциями времени. Предлагаемое устройство должно обеспечить формирование требуемых сигналов управления qi (i = ), которые необходимо подать одновременно на все шесть приводов манипулятора, установленных в соответствующие степени подвижности для обеспечения задаваемого блоком 1 закона перемещения схвата в пространстве xyz, т.е. для обеспечения закона изменения векторов r = r(t), a = a(t), b = b(t), где t - текущий момент времени.Block 1 of the program task generates the coordinates of the vector r characterizing the current position of the midpoint P of the grip of the manipulator in the three-dimensional space xyz, as well as the current coordinates of the vectors a and b, characterizing the orientation of this grip in the specified space at a particular moment in time. The coordinates of the vector r: r x , r y , r z are formed respectively at the first, fourth and sixth outputs of block 1 of the program task, the coordinates of the vector a: a x , a y , a z are respectively at the second, third and fifth outputs, and the coordinates vectors b: b x , b y , b z - respectively at the seventh, eighth and ninth outputs of this block. All specified coordinates are functions of time. The proposed device should provide the formation of the required control signals q i (i = ), which must be submitted simultaneously to all six manipulator drives installed in the appropriate degrees of mobility to ensure the grip displacement law specified in block 1 in the space xyz, i.e. to ensure the law of variation of the vectors r = r (t), a = a (t), b = b (t), where t is the current time.
На обобщенные координаты манипулятора накладываются следующие ограничения:
где φ = q2 + q3.The following restrictions are imposed on the generalized coordinates of the manipulator:
where φ = q 2 + q 3 .
Отсчет вращательных степеней подвижности начинается из положения манипулятора, показанного на фиг. 2. При этом движение против часовой стрелки считается положительным, а по часовой стрелке - отрицательным. Направление вращения определяется относительно соответствующих векторов ei, если взгляд направлен от стрелки к основанию вектора ei.The counting of the rotational degrees of mobility begins from the position of the manipulator shown in FIG. 2. In this case, counterclockwise movement is considered positive, and clockwise - negative. The direction of rotation is determined relative to the corresponding vectors e i if the gaze is directed from the arrow to the base of the vector e i .
Из фиг. 2 видно, что всегда выполняется равенство
R = r - L4e6 = r - L4a.From FIG. 2 shows that always holds equality
R = r - L 4 e 6 = r - L 4 a.
Первый положительный вход сумматора 2 имеет единичный коэффициент усиления, его второй отрицательный вход - коэффициент усиления L4. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал q1= Rx= rx-L4•ax.The first positive input of adder 2 has a unity gain, its second negative input has a gain of L 4 . As a result, at the output of this adder, a signal q 1 = R x = r x -L 4 • a x is generated.
Первые отрицательные входы сумматоров 38 и 40 имеют коэффициенты усиления L4, а их вторые положительные входы - коэффициенты усиления, равные единице. В результате на выходах этих сумматоров соответственно будут формироваться сигналы, равные
Ry = ry - L4ay и Rz = rz - L4az.The first negative inputs of the adders 38 and 40 have gains L 4 , and their second positive inputs have gains equal to unity. As a result, at the outputs of these adders, signals equal to
R y = r y - L 4 a y and R z = r z - L 4 a z .
Источник постоянного сигнала 41 вырабатывает сигнал L1. Оба выхода сумматора 42 имеют единичные коэффициенты усиления, в результате на выходе этого сумматора вырабатывается сигнал, равный (Rz - L1). На выходе блока деления 39 формируется сигнал Ry/(Rz-L1). Источник постоянного сигнала 64 вырабатывает сигнал f2 = -L2/L3. На выходе блока умножения 43 формируется сигнал (Rz - L1) • f2. Квадратор 44 имеет коэффициент усиления 1/L2 3. В результате на его выходе имеем сигнал
На выходе блока умножения 71 имеем сигнал Ry • f2. Квадратор 72 имеет коэффициент усиления 1/L2 3. В результате на его выходе формируется сигнал
Первый и второй положительные входы сумматора 45 имеют коэффициенты усиления 4, поэтому на его выходе имеем сигнал -g1 2 + g2 2 = 4 (f1 2 • f2 2 + f2 2 • f3 2). Функциональный преобразователь 46 реализует функцию извлечения квадратного корня. В результате на его выходе формируется сигнал
Квадратор 65 имеет единичный коэффициент усиления. В результате на его выходе формируется сигнал f2 2. Квадратор 68 имеет коэффициент усиления 1/L3 2. Поэтому на его выходе формируется сигнал
Источник постоянного сигнала 67 имеет на выходе единичный сигнал.A constant signal source 41 generates a signal L 1 . Both outputs of the
At the output of the multiplication block 71, we have a signal R y • f 2 . Quadrator 72 has a gain of 1 / L 2 3 . As a result, a signal is generated at its output.
The first and second positive inputs of the adder 45 have a gain of 4, so at its output we have a signal -g 1 2 + g 2 2 = 4 (f 1 2 • f 2 2 + f 2 2 • f 3 2 ). Functional transducer 46 implements the square root extraction function. As a result, a signal is generated at its output.
Quadrator 65 has a unity gain. As a result, a signal f 2 2 is generated at its output. Quadrator 68 has a gain of 1 / L 3 2 . Therefore, a signal is generated at its output
The constant signal source 67 has a single signal output.
Первый, третий отрицательные входы сумматора 66 и второй положительный его вход имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал, равный (1 - f2 2 - f1 2). Квадратор 70 имеет коэффициент усиления 1/L3 2. В результате на его выходе получается сигнал
Первый положительный и второй отрицательный входы сумматора 69 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на его выходе формируется сигнал g3 = 1 - f1 2 - f2 2 - f3 2, а на выходе блока деления 47 сигнал Функциональный преобразователь 48 реализует функцию arcsin. Поэтому на его выходе формируется сигнал Функциональный преобразователь 75 реализует функцию , причем arctg принимает значения от -π до 0 (см. фиг. 3). Сумматор 49 имеет первый положительный и второй отрицательный входы с единичными коэффициентами усиления. На его выходе формируется сигнал
Функциональный преобразователь 50 реализует функцию sin. На выходе блока умножения 51 реализуется сигнал f2•sin q2. Первый положительный вход сумматора 52 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления, равный 1/L3, поэтому на его выходе формируется сигнал f1 + f2•sin q2. Функциональный преобразователь 53 реализует функцию arcsin.The first, third negative inputs of the adder 66 and its second positive input have unity gain. As a result, a signal equal to (1 - f 2 2 - f 1 2 ) is formed at its output. Quadrator 70 has a gain of 1 / L 3 2 . As a result, a signal is produced at its output.
The first positive and second negative inputs of the adder 69 have unity gain. Therefore, a signal g 3 = 1 - f 1 2 - f 2 2 - f 3 2 is generated at its output, and a signal at the output of the division unit 47 Functional converter 48 implements the arcsin function. Therefore, a signal is generated at its output
Functional converter 50 implements the sin function. At the output of the multiplication block 51, a signal f 2 • sin q 2 is realized. The first positive input of the adder 52 has a unity gain, and its second positive input has a gain of 1 / L 3 , so a signal f 1 + f 2 • sin q 2 is generated at its output. Functional converter 53 implements the arcsin function.
Первый положительный и второй отрицательный входы сумматора 54 имеют единичные коэффициенты усиления. На выходе этого сумматора формируется сигнал q3 = arcsin (f1 + f2 • sin q2) - q2. Первый и второй положительные входы сумматора 55 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал φ = q2 + q3. Функциональные преобразователи 31 и 56 реализует функции cos и sin соответственно. На выходе блока умножения 32 формируется сигнал aycos φ. Первый и второй положительные входы сумматора 33 имеют единичные коэффициенты усиления. На его выходе формируется сигнал ay • cos φ + az • sin φ.
Функциональный преобразователь 35 реализует функцию arccos. На его выходе имеем сигнал arccos (ay • cos φ + az • sin φ). Этот сигнал определяет лишь абсолютную величину обобщенной координаты q5. Для определения знака q5 воспользуемся следующим фактом. Если угол между положительным направлением оси Y и проекцией вектора а на плоскость XY больше, чем угол между тем же направлением оси Y и проекцией вектора R на плоскость XY, то q5 имеет положительное значение, а в противном случае - отрицательное.The first positive and second negative inputs of the adder 54 have unity gain. The output of this adder produces a signal q 3 = arcsin (f 1 + f 2 • sin q 2 ) - q 2 . The first and second positive inputs of the adder 55 have unity gain. As a result, the signal φ = q 2 + q 3 is formed at the output of this adder. Functional converters 31 and 56 implements the functions cos and sin, respectively. At the output of the multiplication block 32, a signal a y cos φ is generated. The first and second positive inputs of the adder 33 have unity gain. The signal a y • cos φ + a z • sin φ is formed at its output.
Functional Converter 35 implements the arccos function. At its output, we have the signal arccos (a y • cos φ + a z • sin φ). This signal determines only the absolute value of the generalized coordinate q 5 . To determine the sign of q 5, we use the following fact. If the angle between the positive direction of the Y axis and the projection of the vector a on the XY plane is greater than the angle between the same direction of the Y axis and the projection of the vector R on the XY plane, then q 5 has a positive value, otherwise it is negative.
На выходе блока 17 деления формируется сигнал ax/ay. Функциональный преобразователь 18 реализует функцию arctg. При ay --> 0 сигнал на выходе блока 17 стремится к максимальному возможному значению. При этом функциональный преобразователь 18 настраивается так, чтобы при ay --> 0 в зависимости от знака ax, на его выходе был бы сигнал π/2 или ( -π/2). При формировании сигнала ay блоком 1 следует избегать ay = 0 точно.At the output of division block 17, a x / a y signal is generated. Functional converter 18 implements the arctg function. When a y -> 0, the signal at the output of block 17 tends to the maximum possible value. In this case, the functional converter 18 is tuned so that if a y -> 0, depending on the sign of a x , the signal π / 2 or (-π / 2) would be output. When generating an a y signal by block 1, a y = 0 should be avoided exactly.
Блок 3 деления имеет на выходе сигнал Rx/Ry. Функциональный преобразователь 4 реализует функцию arctg. Первый положительный и второй отрицательный входы сумматора 5 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал α, равный разности углов, которые составляют с положительным направлением оси Y соответственно проекции векторов a и R на плоскость XY. На выходе релейного элемента 6 реализуется сигнал, равный
В результате на выходе блока 7 умножения формируется сигнал
q5 = ±arccos(aycosφ-azsinφ).
Функциональный преобразователь 8 реализует функцию (- sin). Блок 9 деления имеет на выходе сигнал
Функциональный преобразователь 10 реализует функцию arccos. В результате на его выходе сигнал определяет абсолютную величину координаты q4. Определение знака обобщенной координаты q4 осуществляется при сравнении координаты вектора e6z = az со значением координаты того же вектора e6 при q4 = 0, т.е. e6z 0. При положительном знаке q5 обобщенная координата q4 имеет положительный знак, если e6z 0 ≤ az, в противном случае - отрицательный. При отрицательном знаке q5 обобщенная координата q4 имеет положительный знак, если e6z ≥ az, в противном случае - отрицательный. Функциональный преобразователь 73 реализует функцию cos. На выходе блока 57 умножения формируется сигнал
sinφcosq5 = e
Первый отрицательный и второй положительный входы сумматора 58 имеют единичные коэффициенты усиления. На выходе этого сумматора формируется сигнал k = az - e6z 0. Этот сигнал поступает на вход релейного элемента 59, на выходе которого реализует сигнал
На выходе релейного элемента 74 реализует сигнал
В результате на выходе блока 60 умножения формирует сигнал, определяющий знак обобщенной координаты q4, а на выходе блока 61 умножения формируется сигнал
Элемент слежения - хранения 62 обеспечивает работоспособность устройства при q5 --> 0, когда на вход делителя блока 9 деления поступает близкий к нулю сигнал, т. е. когда этот блок может работать с недопустимо большой погрешностью. При q5 --> 0 элемент 62 сохраняет значение q4 неизменным до тех пор, пока q5 находится в опасной для блока 9 деления зоне. Управляется элемент 62 релейным элементом 63, имеющем следующему характеристику
где Δ малая положительная величина.Block 3 division has the output signal R x / R y . Functional Converter 4 implements the arctg function. The first positive and second negative inputs of the adder 5 have unity gain. As a result, a signal α is formed at its output, which is equal to the difference in angles, which, with the positive direction of the Y axis, make up the projections of the vectors a and R onto the XY plane, respectively. The output of the relay element 6 implements a signal equal to
As a result, a signal is generated at the output of the multiplication unit 7
q 5 = ± arccos (a y cosφ-a z sinφ).
Functional Converter 8 implements the function (- sin). Block 9 division has the output signal
Functional converter 10 implements the arccos function. As a result, at its output, the signal determines the absolute value of the coordinate q 4 . The sign of the generalized coordinate q 4 is determined by comparing the coordinate of the vector e 6z = a z with the coordinate value of the same vector e 6 when q 4 = 0, i.e. e 6z 0 . With a positive sign of q 5, the generalized coordinate q 4 has a positive sign if e 6z 0 ≤ a z , otherwise it is negative. For a negative sign of q 5, the generalized coordinate q 4 has a positive sign if e 6z ≥ a z , otherwise it is negative. Functional converter 73 implements the function cos. A signal is generated at the output of the multiplication unit 57
sinφcosq 5 = e
The first negative and second positive inputs of the adder 58 have unity gain. The output of this adder produces a signal k = a z - e 6z 0 . This signal is fed to the input of the relay element 59, the output of which implements a signal
The output of the relay element 74 implements a signal
As a result, a signal defining the sign of the generalized coordinate q 4 is generated at the output of the multiplication block 60, and a signal is generated at the output of the multiplication block 61
The tracking - storage element 62 ensures the operability of the device at q 5 -> 0, when a signal close to zero arrives at the input of the divider of the division unit 9, i.e., when this block can operate with an unacceptably large error. When q 5 -> 0, element 62 keeps the q 4 value unchanged until q 5 is in the zone dangerous for block 9 of division. The element 62 is controlled by a relay element 63 having the following characteristic
where Δ is a small positive quantity.
Элемент 62 находится в режиме хранения, когда |sinq5|<Δ, и в режиме слежения, когда |sinq5|>Δ.
Обобщенную координату q6 можно определить из скалярного произведения векторов e5 = (sin q4, - cos q4 • sin φ, cos q4 • cos φ )T и b = (bx, by, bz)T.Element 62 is in storage mode when | sinq 5 | <Δ, and in tracking mode when | sinq 5 |> Δ.
The generalized coordinate q 6 can be determined from the scalar product of vectors e 5 = (sin q 4 , - cos q 4 • sin φ, cos q 4 • cos φ) T and b = (b x , b y , b z ) T.
Функциональный преобразователь 29 реализует функцию sin. На выходе блока 30 умножения формируется сигнал, равный bx • sin q4. Функциональный преобразователь 11 реализует функцию cos. На выходе блока 12 умножения формируется сигнал cos q4 sin φ, а на выходе блока 13 умножения - сигнал by cos q4 sin φ. На выходе блока 36 умножения формируется сигнал cos φ cos q4, а на выходе блока 37 умножения сигнал bz cos φ cos q4. Первый отрицательный, второй и третий положительные входы сумматора 14 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал (bxsin q4 - sin φ cos q4by + cos φ cos q4bz). Функциональный преобразователь 15 реализует функцию arccos. На его выходе формируется сигнал, равный абсолютному значению обобщенной координаты q6.Functional Converter 29 implements the function sin. At the output of the multiplication unit 30, a signal is generated equal to b x • sin q 4 . Functional converter 11 implements the function cos. At the output of the multiplication block 12, a signal cos q 4 sin φ is generated, and at the output of the multiplication block 13, a signal b y cos q 4 sin φ is generated. The signal cos φ cos q 4 is generated at the output of the multiplication block 36, and the signal b z cos φ cos q 4 is generated at the output of the multiplication block 37. The first negative, second and third positive inputs of the adder 14 have unity gain. As a result, a signal is generated at the output of this adder (b x sin q 4 - sin φ cos q 4 b y + cos φ cos q 4 b z ). Functional converter 15 implements the arccos function. At its output, a signal is formed equal to the absolute value of the generalized coordinate q 6 .
Для определения знака q6 воспользуемся векторным произведением векторов e5 и b. Если совпадает с вектором a, то q6 положительна, а в противном случае - отрицательна. В силу введенных ограничений на обобщенные координаты манипулятора невозможно одновременное обнуление проекций векторов γ и a на оси координат X и Y. В результате о совпадении направлений векторов γ и a можно судить, анализируя только две их проекции: на оси x и y. На выходе блока 25 умножения формируется сигнал sin φ cos q4bz.To determine the sign of q 6, we use the vector product of the vectors e 5 and b. If coincides with the vector a, then q 6 is positive, and otherwise negative. Due to the introduced restrictions on the generalized coordinates of the manipulator, it is impossible to simultaneously zero out the projections of the vectors γ and a on the coordinate axes X and Y. As a result, the directions of the vectors γ and a can be judged by analyzing only two of their projections: on the x and y axes. At the output of the multiplication block 25, a signal sin φ cos q 4 b z is generated.
На выходе сумматора 26, имеющего на первом и втором отрицательных входах единичные коэффициенты усиления, формируется сигнал γx = -cos q4sin φ bz - by cos q4cos φ, а на выходе блока 28 умножения - сигнал γx•ax.
На выходе сумматора 23, имеющего на первом отрицательном и втором положительном входах единичные коэффициенты усиления, формируется сигнал γy = bx cos q4cos φ - sin q4bz, а на выходе блока 19 умножения формируется сигнал γy•ay. Первый и второй положительные входы сумматора 20 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал β = γx•ax+γy•ay. Если сигнал β положительный, то q6 имеет знак "плюс", в противном случае - "минус", т.к. на выходе релейного элемента 21 формируется сигнал
В результате на выходе блока 16 умножения формируется сигнал
q6 = ± arccos (bxsin q4 - sin φ cos q4by + cos φ q4bz).At the output of the adder 26, which has unity gains at the first and second negative inputs, a signal γ x = -cos q 4 sin φ b z - b y cos q 4 cos φ is generated, and at the output of the multiplication unit 28, a signal γ x • a x .
At the output of the
As a result, a signal is generated at the output of the multiplication block 16
q 6 = ± arccos (b x sin q 4 - sin φ cos q 4 b y + cos φ q 4 b z ).
Таким образом, с помощью предложенного устройства удалось полностью решить обратную задачу кинематики для манипулятора, изображенного на рис. 2. Т.е. удалось сформировать все сигналы qi(t) (i = ), которые поступают на следящие приводы соответствующих степеней подвижности манипулятора и обеспечивают перемещение точки P схвата в трехмерном пространстве по заданной вектором r(t) траектории с заданной векторами a (t) и b (t) ориентацией схвата. Практическая реализация этого устройства не вызывает затруднений, т. к. оно реализовано с помощью типовых электронных элементов и блоков.Thus, using the proposed device, it was possible to completely solve the inverse kinematics problem for the manipulator shown in Fig. 2. I.e. managed to generate all the signals q i (t) (i = ), which arrive at the follower drives of the corresponding degrees of mobility of the manipulator and provide for the movement of the gripping point P in three-dimensional space along the trajectory given by the r (t) vector with the gripping orientation given by the vectors a (t) and b (t). The practical implementation of this device is not difficult, because it is implemented using standard electronic elements and units.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98109843A RU2129953C1 (en) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | Apparatus for program control of manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98109843A RU2129953C1 (en) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | Apparatus for program control of manipulator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2129953C1 true RU2129953C1 (en) | 1999-05-10 |
Family
ID=20206379
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98109843A RU2129953C1 (en) | 1998-05-26 | 1998-05-26 | Apparatus for program control of manipulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2129953C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7844379B2 (en) | 2006-12-31 | 2010-11-30 | Sany Heavy Industry Co., Ltd. | Intelligent boom control device |
RU2792279C1 (en) * | 2022-04-13 | 2023-03-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) | Device for software control of a manipulator with six axes of mobility and a linearly movable base |
-
1998
- 1998-05-26 RU RU98109843A patent/RU2129953C1/en active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7844379B2 (en) | 2006-12-31 | 2010-11-30 | Sany Heavy Industry Co., Ltd. | Intelligent boom control device |
RU2792279C1 (en) * | 2022-04-13 | 2023-03-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) | Device for software control of a manipulator with six axes of mobility and a linearly movable base |
RU2794082C1 (en) * | 2022-04-28 | 2023-04-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) | Device for a software control of a manipulator with six axes of mobility and a linearly movable base |
RU2821977C2 (en) * | 2022-08-05 | 2024-06-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) | Manipulator program control device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sanchez et al. | Using a PRM planner to compare centralized and decoupled planning for multi-robot systems | |
Qassem et al. | Modeling and Simulation of 5 DOF educational robot arm | |
Kreutz-Delgado et al. | Kinematic analysis of 7 DOF anthropomorphic arms | |
Walker et al. | Subtask performance by redundancy resolution for redundant robot manipulators | |
EP0465661B1 (en) | Method and apparatus for controlling an articulated robot having redundancy | |
Sharma et al. | Optimizing hand/eye configuration for visual-servo systems | |
RU2129953C1 (en) | Apparatus for program control of manipulator | |
Newman | High-speed robot control in complex environments | |
RU2147000C1 (en) | Apparatus for program control of manipulator | |
RU2120850C1 (en) | Apparatus for program control of manipulator | |
EP0071378A1 (en) | Numerical control method and apparatus | |
Kaneko et al. | A design method for manipulator control based on disturbance observer | |
RU2054349C1 (en) | Device for manipulator programmed control | |
Matsuhira et al. | Manoeuvrability of a master-slave manipulator with different configurations and its evaluation tests | |
RU2146999C1 (en) | Apparatus for program control of manipulator | |
Hristu-Varsakelis et al. | Experimenting with hybrid control | |
RU2794082C1 (en) | Device for a software control of a manipulator with six axes of mobility and a linearly movable base | |
RU2821977C2 (en) | Manipulator program control device | |
Lachner et al. | Exp [licit]-A Robot modeling Software based on Exponential Maps | |
Paul et al. | Partitioning contact-state space using the theory of polyhedral convex cones | |
Lachner et al. | Exp [licit] An Educational Robot Modeling Software based on Exponential Maps | |
Pradhan | Design and Development of a Multi-Control Gesture-Recognition based Robotic Arm | |
Bicchi et al. | On the control of a sensorized artificial finger for tactile exploration of objects | |
Farfán et al. | Further Results on Modeling and Control of a 3-DOF Platform for Driving Simulator Using Rotatory Actuators | |
Hill et al. | A discrete-time robotic command generator |