RU2129953C1 - Apparatus for program control of manipulator - Google Patents

Apparatus for program control of manipulator Download PDF

Info

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
Application number
RU98109843A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Ф. Филаретов
Н.В. Филаретова
Original Assignee
Дальневосточный государственный технический университет
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 Дальневосточный государственный технический университет filed Critical Дальневосточный государственный технический университет
Priority to RU98109843A priority Critical patent/RU2129953C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2129953C1 publication Critical patent/RU2129953C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: robotics, namely systems for program control of manipulators with standard kinematic circuit. SUBSTANCE: apparatus forms control signals fed to each drive unit of respective freedom degree of manipulator according to predetermined motion law of characteristic point of grip and its orientation in three dimensional space. Control signals are formed in real time by means of standard units. EFFECT: formation of control signals fed to drives of all freedom degrees of manipulator according to time functions characterizing linear movement of grip point in space. 3 dwg

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 functional Converter 75.

На этих чертежах введены следующие обозначения: qi - обобщенная координата степени подвижности i манипулятора, это управляющие координаты соответствующих приводов манипулятора (i =

Figure 00000002
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 =
Figure 00000003

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 =
Figure 00000002
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 =
Figure 00000003

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 fifth adder 23, the output of which is connected to the first input of the fifth multiplication unit 19, and its second input - with the output of the seventh multiplication unit 24, connected in series with the eighth multiplication unit 25, the first input of which is connected to the ninth output of the program task block 1, the sixth adder 26, the second input of which is connected through the ninth multiplication block 27 to the eighth output of the program task block 1, the tenth multiplication block 28, the second input of which is connected the output of the program setting block 1, the second input of the first adder 2 and with the first input of the third division unit 17, and its output - with the second input of the fourth adder 20, sequentially connected to the seventh functional converter 29, the input of which is connected to the input of the fourth functional converter 11 and the eleventh block 30 multiplication, the second input of which is connected to the first input of the seventh multiplication unit 24, its output - with the second input of the third adder 14, and its first input - with the second input of the sixth multiplication unit 22, the next the eighth functional converter 31, the twelfth multiplication unit 32, the seventh adder 33, the second input of which through the thirteenth multiplication unit 34 is connected to the second input of the second multiplication unit 12 and the ninth functional converter 35, the output of which is connected to the second input of the first multiplication unit 7, are connected in series connected the fourteenth multiplication block 35, the first input of which is connected to the output of the eighth functional converter 31, and the second to the output of the fourth functional converter 11, and the fifteenth multiplication unit 37, the output of which is connected to the third input of the third adder 14, the eighth adder 38, the first input of which is connected to the third output of the program unit 1 and the second inputs of the third division unit 17 and the fifth multiplication unit 19, its second input is with the fourth output of block 1 of the program task, and the output with the second input of the first block 3 division and the first input of the fourth block 39 division, the ninth adder 40, the first input of which is connected to the fifth, and the second with the sixth output of the block 1 of the program task, the follower about connected the first constant signal source 41, the tenth adder 42, the second input of which is connected to the output of the ninth adder 40, the sixteenth multiplication unit 43, the first quadrator 44, the eleventh adder 45, the tenth functional converter 46, the fifth division unit 47, the eleventh functional converter 48, twelfth adder 49, twelfth functional converter 50, seventeenth multiplier 51, thirteenth adder 52, thirteenth functional converter 53, fourteenth 54 and fifteenth 55 adders, sec whose inputs are connected to the output of the twelfth adder 49, the fourteenth functional converter 56, the eighteenth multiplication unit 57, the sixteenth adder 58, the second input of which is connected to the fifth output of the program setting unit 1 and the second input of the thirteenth multiplication unit 34, the first input of which is connected to the fourteenth output functional converter 56, third relay element 59, nineteenth multiplication unit 60, twentieth multiplying unit 61, the second input of which is connected to the output of the third functional conversion atelier 10, and a tracking and storage element 62, the second input of which through the fourth relay element 63 is connected to the output of the second functional converter 8, and its output is connected to the input of the fourth functional converter 11, the second constant signal source 64 connected in series, the second quadrator 65, seventeenth an adder 66, the second input of which is connected to the third constant signal source 67, the third input through the third quadrator 68 - with the output of the tenth adder 42 and the second inputs of the fourth division unit 39 and the thirteenth the adder 52, the eighteenth adder 69, the output of which is connected to the second input of the fifth division unit 47, and its second input through the fourth quadrator 70 - to the second input of the first division unit 3 and connected in series to the twenty-first multiplication unit 71, the second input of which is connected to the output of the second a constant signal source 64 and second inputs of the sixteenth 43 and seventeenth 51 multiplication blocks, and a fifth quadrator 72, the output of which is connected to the second input of the eleventh adder 45, the fifteenth functional converter 73, One of which is connected to the inputs of the second functional converter 8 and the fifth relay element 74, and the output is connected to the second input of the eighteenth multiplication unit 57, the sixteenth functional converter 75, whose input is connected to the output of the fourth division unit 39, and the output - to the second input of the twelfth adder 49 and the second inputs of the sixth 22 and fifteenth 37 multiplication blocks are connected to the ninth output of the program task block 1, the second input of the second division block 9 is connected to the second output of the program task block 1, the second the moves of the seventh 24 and ninth 27 blocks of multiplication - to the output of the fourteenth block 36 of multiplication, the third output of block 1 of the program job - to the second input of the twelfth block 32 of multiplication, the output of the fifth relay element 74 - to the second input of the nineteenth block 60 of multiplication, the output of the fifteenth adder 55 - to the input of the eighth functional converter 31, the second input of the third multiplication block 13 to the eighth output of the program unit 1, and the second input of the eighth multiplication block 25 to the output of the second multiplication block 12, the outputs of the first 2, twelve the fourth 49th and fourteenth 54 adders, as well as the tracking element 62 for storage, the first 7 and fourth 16 multiplication units are connected to the inputs of the drives located respectively in the first, second, third, fourth, fifth and sixth degrees of mobility of the manipulator.

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 =

Figure 00000004
), 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 =
Figure 00000004
), 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:

Figure 00000005

где φ = q2 + q3.The following restrictions are imposed on the generalized coordinates of the manipulator:
Figure 00000005

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/L23. В результате на его выходе имеем сигнал

Figure 00000006

На выходе блока умножения 71 имеем сигнал Ry • f2. Квадратор 72 имеет коэффициент усиления 1/L23. В результате на его выходе формируется сигнал
Figure 00000007

Первый и второй положительные входы сумматора 45 имеют коэффициенты усиления 4, поэтому на его выходе имеем сигнал -g12 + g22 = 4 (f12 • f22 + f22 • f32). Функциональный преобразователь 46 реализует функцию извлечения квадратного корня. В результате на его выходе формируется сигнал
Figure 00000008

Квадратор 65 имеет единичный коэффициент усиления. В результате на его выходе формируется сигнал f22. Квадратор 68 имеет коэффициент усиления 1/L32. Поэтому на его выходе формируется сигнал
Figure 00000009

Источник постоянного сигнала 67 имеет на выходе единичный сигнал.A constant signal source 41 generates a signal L 1 . Both outputs of the adder 42 have unity gain, as a result of the output of this adder produces a signal equal to (R z - L 1 ). At the output of the division unit 39, a signal R y / (R z -L 1 ) is generated. A constant source 64 produces a signal f 2 = −L 2 / L 3 . At the output of the multiplication block 43, a signal is generated (R z - L 1 ) • f 2 . Quadrator 44 has a gain of 1 / L 2 3 . As a result, we have a signal at its output
Figure 00000006

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.
Figure 00000007

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.
Figure 00000008

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
Figure 00000009

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 - f22 - f12). Квадратор 70 имеет коэффициент усиления 1/L32. В результате на его выходе получается сигнал

Figure 00000010

Первый положительный и второй отрицательный входы сумматора 69 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на его выходе формируется сигнал g3 = 1 - f12 - f22 - f32, а на выходе блока деления 47 сигнал
Figure 00000011
Функциональный преобразователь 48 реализует функцию arcsin. Поэтому на его выходе формируется сигнал
Figure 00000012
Функциональный преобразователь 75 реализует функцию
Figure 00000013
, 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
Figure 00000014

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.
Figure 00000010

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
Figure 00000011
Functional converter 48 implements the arcsin function. Therefore, a signal is generated at its output
Figure 00000012
Functional Converter 75 implements the function
Figure 00000013
, and arctg takes values from -π to 0 (see Fig. 3). The adder 49 has first positive and second negative inputs with unity gain. A signal is generated at its output.
Figure 00000014

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

Figure 00000015

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
Figure 00000016

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. e6z0. При положительном знаке q5 обобщенная координата q4 имеет положительный знак, если e6z0 ≤ 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 0 6z .
Первый отрицательный и второй положительный входы сумматора 58 имеют единичные коэффициенты усиления. На выходе этого сумматора формируется сигнал k = az - e6z0. Этот сигнал поступает на вход релейного элемента 59, на выходе которого реализует сигнал
Figure 00000017

На выходе релейного элемента 74 реализует сигнал
Figure 00000018

В результате на выходе блока 60 умножения формирует сигнал, определяющий знак обобщенной координаты q4, а на выходе блока 61 умножения формируется сигнал
Figure 00000019

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
Figure 00000020

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
Figure 00000015

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
Figure 00000016

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 0 6z .
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
Figure 00000017

The output of the relay element 74 implements a signal
Figure 00000018

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
Figure 00000019

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
Figure 00000020

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

Figure 00000021
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
Figure 00000021
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•axy•ay. Если сигнал β положительный, то q6 имеет знак "плюс", в противном случае - "минус", т.к. на выходе релейного элемента 21 формируется сигнал

Figure 00000022

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 adder 23, which has unity gains at the first negative and second positive inputs, a signal γ y = b x cos q 4 cos φ - sin q 4 b z is generated, and a signal γ y • a y is generated at the output of the multiplication unit 19. The first and second positive inputs of the adder 20 have unity gain. As a result, a signal β = γ x • a x + γ y • a y is formed at its output. If the signal β is positive, then q 6 has a plus sign, otherwise - minus, because a signal is generated at the output of the relay element 21
Figure 00000022

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 =

Figure 00000023
), 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 =
Figure 00000023
), 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)

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 с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные пятый блок умножения, четвертый сумматор и второй релейный элемент, выход которого соединен с 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 с вторым выходом блока задания программы, вторым входом первого сумматора и с первым входом третьего блока деления, а его выход - с вторым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой функциональный преобразователь, вход которого подключен к входу четвертого функционального преобразователя, и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с первым входом седьмого блока умножения, его выход - с вторым входом третьего сумматора, а его первый вход - с вторым входом шестого блока умножения, последовательно соединенные восьмой функциональный преобразователь, двенадцатый блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого через тринадцатый блок умножения подключен к второму входу второго блока умножения и девятый функциональный преобразователь, выход которого соединен с 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 программы, а выход - с 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, отличающееся 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 вход 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 - к 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 с вторым входом пятого блока деления, а его второй вход через четвертый квадратор - с вторым входом первого блока деления и последовательно соединенными двадцать первым блоком умножения, второй вход которого подключен к выходу второго источника постоянного сигнала и вторыми входами шестнадцатого и семнадцатого блоков умножения, и пятый квадратор, выход которого соединен с вторым входом одиннадцатого сумматора, пятнадцатый функциональный преобразователь, вход которого соединен с входами второго функционального преобразователя и пятого релейного элемента, а выход - с вторым входом восемнадцатого блока умножения, шестнадцатый функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом четвертого блока деления, а выход - с 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 к второму выходу блока задания программы, вторые входы седьмого и девятого блоков умножения - к выходу четырнадцатого блока умножения, третий выход блока задания программы - к второму входу двенадцатого блока умножения, выход релейного элемента к второму входу девятнадцатого блока умножения, выход пятнадцатого сумматора - к 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 с входами приводов, расположенных соответственно в первой - шестой степенях подвижности манипулятора. A device for programmatically controlling the manipulator, comprising a program set block, 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 set block, the first division block, the first functional converter, the second adder, the first relay element, the first a multiplication unit, a second functional converter, a second division unit and a third functional converter connected in series with a fourth functional converter The indexer, the second multiplication block, the third multiplication block, the second input of which is connected to the eighth output of the program setting block, the third adder, the fifth functional converter and the fourth multiplication block, the third division block and the sixth functional converter, the output of which is connected to the second input of the second adder sequentially connected to 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 multiplication unit, the sequence the sixth multiplication unit, the fifth adder, the output of which is connected to the first input of the fifth multiplication unit and its second input is connected to the output of the seventh multiplication unit, are connected 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 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 program task block, the second input of the first sum ator and with the first input of the third division unit, and its output with the second input of the fourth adder, 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 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 block, the eighth functional converter, the twelfth block connected in series multiplication, 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, the fourteenth multiplication unit is connected in series, 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 is 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 - with the fourth output of the program unit, and the output - with the second input of the first division unit 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, characterized in that it is additionally introduced in series with 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, the thirteenth adder, the thirteenth functional converter, fourteenth and the fifteenth adders, the second inputs of which are connected to the output of the twelfth adder, the fourteenth functional pre browser, eighteenth multiplication block, sixteenth adder, the second input of which is connected to the fifth output of the program task block and the second input of the thirteenth multiplication block, the first input of which is connected to the output of the fourteenth functional converter, the third relay element, the nineteenth multiplication block, the twentieth multiplication block, the second input which is connected to the output of the third functional converter, and a tracking-storage element, the second input of which is connected through the fourth relay element to the output of of a functional converter, and its output is to the input of the fourth functional converter, a second constant signal source, a second quadrator, a seventeenth adder connected in series, a second input of which is connected to a third constant signal source, a third input through a third quadrator with the output of the tenth adder and second inputs the fourth division block and the thirteenth adder, the eighteenth adder, the output of which is connected to the second input of the fifth division unit, and its second input through the fourth to adrator - 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 of which is connected with the second input of the eleventh adder, the fifteenth functional a converter whose input is connected to the inputs of the second functional converter and the fifth relay element, and the output is cleverly connected to the second input of the eighteenth block a sixteenth functional converter, the input of which is connected to the output of the fourth division block, and the output is connected to the second input of the twelfth adder, the second inputs of the sixth and fifteenth multiplication blocks connected to the ninth output of the program task block, the second input of the second division block connected to the second output of the block program task, the second inputs of the seventh and ninth multiplication blocks - to the output of the fourteenth multiplication block, the third output of the program task block - to the second input of the twelfth multiplication block, you one 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 unit, and the second input of the eighth multiplication block to the output of the second multiplication block, and the outputs of the first, the twelfth and fourteenth adders, as well as the tracking element - storage, the first and fourth multiplication units are connected to the inputs of the drives located respectively in the first to sixth degrees of movement spine manipulator.
RU98109843A 1998-05-26 1998-05-26 Apparatus for program control of manipulator RU2129953C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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