RU2235016C1 - Robot drive control apparatus - Google Patents
Robot drive control apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2235016C1 RU2235016C1 RU2003123692/02A RU2003123692A RU2235016C1 RU 2235016 C1 RU2235016 C1 RU 2235016C1 RU 2003123692/02 A RU2003123692/02 A RU 2003123692/02A RU 2003123692 A RU2003123692 A RU 2003123692A RU 2235016 C1 RU2235016 C1 RU 2235016C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- adder
- multiplication unit
- sensor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании систем управления приводами роботов.The invention relates to robotics and can be used to create robot drive control systems.
Известно устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и двигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, а третий вход - с выходом релейного элемента, подключенного входом к второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, а выход - ко второму входу первого блока умножения, а также второй датчик положения, второй и третий задатчик сигнала, шестой и седьмой сумматоры, четвертый и пятый блоки умножения, датчик ускорения, первый функциональный преобразователь, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь и шестой блок умножения, а также седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго блока умножения, второй вход - к выходу второго датчика скорости, а выход - к четвертому входу четвертого сумматора, соединенного пятым входом с выходом пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу датчика ускорения, а второй вход - к выходу седьмого сумматора, соединенного первым входом с выходом третьего задатчика сигнала, вторым входом - с выходом четвертого блока умножения и вторым входом пятого сумматора, а третьим входом - с выходом датчика массы и первым входом шестого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, а выходом - ко второму входу шестого блока умножения и первому входу четвертого блока умножения, соединенного вторым входом с выходом первого функционального преобразователя, вход которого подключен к выходу второго датчика положения и входу второго функционального преобразователя, а выход шестого блока умножения соединен с вторым входом второго блока умножения (см. а.с. СССР №1816684. БИ №19, 1993 г.).A device for controlling a robot drive is known, comprising a first adder, a second adder, a first multiplication unit, a third adder, an amplifier and an engine connected directly to the first speed sensor and through a gearbox with a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the first adder, connected by a second input to the input of the device, a second speed sensor, a second multiplication unit, a third multiplication unit and a fourth adder, the second input of which with dinan with the second input of the second adder and the output of the first speed sensor, and the third input with the output of the relay element connected to the input of the second input of the third multiplication unit and the output of the first speed sensor, the mass sensor and the fifth adder connected in series, the second input of which is connected to the output of the first a signal setter, and the output to the second input of the first multiplication unit, as well as a second position sensor, a second and third signal setter, sixth and seventh adders, fourth and fifth multiplication units, an acceleration sensor, the first functional converter, the second functional converter and the sixth multiplication unit connected in series, as well as the seventh multiplication unit, the first input of which is connected to the output of the second multiplication unit, the second input to the output of the second speed sensor, and the output to the fourth input of the fourth adder connected by the fifth the input with the output of the fifth multiplication block, the first input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the second input to the output of the seventh adder, connected by the first input to the output of the third signal, the second input - with the output of the fourth multiplication unit and the second input of the fifth adder, and the third input - with the output of the mass sensor and the first input of the sixth adder, the second input of which is connected to the output of the second signal generator, and the output - to the second input of the sixth multiplication unit and the first input of the fourth multiplication unit connected by the second input to the output of the first functional converter, the input of which is connected to the output of the second position sensor and the input of the second functional converter, and the output is six a multiplication block coupled to a second input of the second multiplier block (see. A.S. USSR No. 1816684. BI No. 19, 1993).
Недостаток известного решения заключается в отсутствии инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, поскольку здесь рассматривается робот с другой кинематической схемой.A disadvantage of the known solution is the lack of invariance of the dynamic properties of the electric drive to continuous and rapid changes in its moment load characteristics, since a robot with a different kinematic scheme is considered here.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого является входом устройства, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, третий вход - с выходом релейного элемента, подключенного входом к второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, а выход - со вторым входом третьего сумматора, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, а выход - к второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, первый косинусный функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, пятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика ускорения, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого через второй синусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, а выход - к второму входу второго блока умножения, причем второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом седьмого сумматора, его выход - с третьим входом пятого сумматора, третий вход шестого сумматора соединен с выходом датчика массы, пятый вход четвертого сумматора через седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой блок умножения, второй вход которого через третий синусный функциональный преобразователь соединен с выходом первого датчика положения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора, а также последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков положения, четвертый синусный функциональный преобразователь и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора (см. патент РФ №2041054. БИ №22, 1995 г.).The closest in technical essence to the proposed technical solution is a device for controlling a robot drive, containing a first adder connected in series, the first input of which is the device input, a second adder, a first multiplication unit, a third adder, an amplifier and an electric motor connected directly to the first speed sensor and through the gearbox - with the first position sensor, the output of which is connected to the second input of the first adder, the second speed sensor is connected in series, in the second multiplication unit, the third multiplication unit and the fourth adder, the second input of which is connected to the second input of the second adder and the output of the first speed sensor, the third input is the output of the relay element connected to the input of the second input of the third multiplication unit and the output of the first speed sensor, and the output - with a second input of the third adder, a mass sensor and a fifth adder connected in series, the second input of which is connected to the output of the first signal generator, and the output to the second input of the first multiplication unit, the follower but the connected second position sensor, the first cosine functional converter, the fourth multiplication unit, the sixth adder, the second input of which is connected to the output of the second signal generator, the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor, and the output - with the fourth input of the fourth adder connected in series to a third signal adjuster, a seventh adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and a sixth multiplication unit, the second input of which is through the second sine function the main converter is connected to the output of the second position sensor, and the output to the second input of the second multiplication unit, the second input of the fourth multiplication unit connected to the output of the seventh adder, its output to the third input of the fifth adder, the third input of the sixth adder connected to the output of the mass sensor, the fifth input of the fourth adder through the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second multiplication unit, is connected to the output of the second speed sensor, the fourth signal generator is connected in series la, the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the eighth multiplication unit, the second input of which is connected through the third sine function converter to the output of the first position sensor, and its output - to the sixth input of the fourth adder, as well as the ninth adder connected in series , the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second position sensors, the fourth sine functional converter and the ninth multiplication unit, the second input of which is connected n to the output of the seventh adder, and the output to the seventh input of the fourth adder (see RF patent No. 2041054. BI No. 22, 1995).
Недостатком данного устройства является то, что в нем не обеспечивается компенсация всех возникающих моментных воздействий на рассматриваемый привод, т.к. в конструкции робота-прототипа по сравнению с новой конструкцией отсутствует дополнительное прямолинейное движение в вертикальной плоскости вращения двух звеньев.The disadvantage of this device is that it does not provide compensation for all arising torque effects on the drive in question, because in the design of the prototype robot, in comparison with the new design, there is no additional rectilinear movement in the vertical plane of rotation of the two links.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при одновременном движении манипулятора по всем трем рассматриваемым степеням подвижности и, тем самым, повышение его динамической точности управления.The technical problem to which the claimed technical solution is directed is to ensure complete invariance of the dynamic properties of the electric drive to continuous and rapid changes in its dynamic moment load characteristics while the manipulator moves along all three considered degrees of mobility and, thereby, increase its dynamic control accuracy.
Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в получении дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход привода, который обеспечивает получение дополнительного моментного воздействия, компенсирующего вредное моментное воздействие со стороны остальных степеней подвижности на качественные показатели работы рассматриваемого привода.The technical result that can be obtained by implementing the claimed technical solution is expressed in obtaining an additional control signal supplied to the input of the drive, which provides an additional moment effect, compensating for the harmful moment effect from the remaining degrees of mobility on the quality performance of the drive in question.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого является входом устройства, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, третий вход - с выходом релейного элемента, подключенного входом к второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, а выход - со вторым входом третьего сумматора, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, а выход - к второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, первый косинусный функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, пятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика ускорения, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого через второй синусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, а выход - к второму входу второго блока умножения, причем второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом седьмого сумматора, его выход - с третьим входом пятого сумматора, третий вход шестого сумматора соединен с выходом датчика массы, пятый вход четвертого сумматора через седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой блок умножения, второй вход которого через третий синусный функциональный преобразователь соединен с выходом первого датчика положения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора, а также последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков положения, четвертый синусный функциональный преобразователь и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора, дополнительно вводятся последовательно соединенные пятый косинусный функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом первого датчика положения, десятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, десятый сумматор и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика ускорения, а выход - с восьмым входом четвертого сумматора, а также последовательно соединенные шестой косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и двенадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом седьмого сумматора, а выход - со вторым входом десятого сумматора.The problem is solved in that the device for controlling the drive of the robot, containing a series-connected first adder, the first input of which is the input of the device, the second adder, the first multiplication unit, the third adder, an amplifier and an electric motor connected directly to the first speed sensor and through the gearbox - with the first position sensor, the output of which is connected to the second input of the first adder, a second speed sensor, a second multiplication unit, a third multiplication unit and even a grounded adder, the second input of which is connected to the second input of the second adder and the output of the first speed sensor, the third input is the output of the relay element connected to the second input of the third multiplication unit and the output of the first speed sensor, and the output is to the second input of the third adder, in series connected to the mass sensor and the fifth adder, the second input of which is connected to the output of the first signal setter, and the output to the second input of the first multiplication unit, the second position sensor connected in series, the first a sine functional converter, a fourth multiplication unit, a sixth adder, the second input of which is connected to the output of the second signal pickup, a fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor, and the output - with the fourth input of the fourth adder, connected in series with the third signal pickup, the seventh adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the second output through the second sine functional converter position sensor, and the output to the second input of the second multiplication unit, with the second input of the fourth multiplication unit connected to the output of the seventh adder, its output to the third input of the fifth adder, the third input of the sixth adder connected to the output of the mass sensor, the fifth input of the fourth adder through the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second multiplication unit, is connected to the output of the second speed sensor, the fourth signal adjuster, the eighth adder, the second input of which is connected is connected to the output of the mass sensor, and the eighth multiplication unit, the second input of which is connected through the third sine function converter to the output of the first position sensor, and its output to the sixth input of the fourth adder, as well as the ninth adder connected in series, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second position sensors, the fourth sine functional converter and the ninth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the seventh adder, and the output to the seventh the input of the fourth adder, an additional fifth cosine functional converter is introduced in series, the input of which is connected to the output of the first position sensor, the tenth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the eighth adder, the tenth adder and the eleventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second sensor acceleration, and the output with the eighth input of the fourth adder, as well as the sixth cosine functional converter, the input of which is connected in series connected to the output of the ninth adder, and the twelfth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the seventh adder, and the output to the second input of the tenth adder.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с известными аналогами и прототипом показывает, что предлагаемое устройство соответствует критерию "новизна".A comparative analysis of the proposed technical solution with known analogues and prototype shows that the proposed device meets the criterion of "novelty."
Заявляемая совокупность признаков позволяет обеспечить полную инвариантность привода к эффектам взаимовлияния между всеми степенями подвижности робота и моментам трения, что, в свою очередь, позволяет получить высокое качество управления в любых режимах работы рассматриваемого привода.The inventive combination of features allows you to ensure complete invariance of the drive to the effects of mutual influence between all degrees of mobility of the robot and the moments of friction, which, in turn, allows to obtain high quality control in any operating modes of the drive in question.
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для управления приводом робота, а на фиг.2 - кинематическая схема исполнительного органа робота.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device for controlling the drive of the robot, and figure 2 is a kinematic diagram of the Executive body of the robot.
Устройство для управления приводом робота содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, второй сумматор 2, первый блок умножения 3, третий сумматор 4, усилитель 5 и электродвигатель 6, связанный с первым датчиком скорости 7 и через редуктор 8 с первым датчиком положения 9, подключенным к первому входу первого сумматора 1, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные второй датчик 10 скорости, второй блок 11 умножения, третий блок 12 умножения и четвертый сумматор 13, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора 2 и выходом первого датчика 7 скорости, третий вход - с выходом релейного элемента 14, подключенного входом к второму входу третьего блока 12 умножения и выходу первого датчика 7 скорости, а выход - со вторым входом третьего сумматора 4, последовательно соединенные датчик 15 массы и пятый сумматор 16, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика 17 сигнала, а выход - к второму входу первого блока 3 умножения, последовательно соединенные второй датчик 18 положения, первый функциональный преобразователь 19, четвертый блок 20 умножения, шестой сумматор 21, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика 22 сигнала, пятый блок 23 умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика ускорения 24, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора 13, последовательно соединенные третий задатчик 25 сигнала, седьмой сумматор 26, второй вход которого подключен к выходу датчика 15 массы и шестой блок 27 умножения, второй вход которого через второй функциональный преобразователь 28 подключен к выходу второго датчика 18, а выход - ко второму входу второго блока 11 умножения, причем второй вход четвертого блока 20 соединен с выходом седьмого сумматора 26, его выход - с третьим входом пятого сумматора 16, третий вход шестого сумматора 21 соединен с выходом датчика 15 массы, пятый вход четвертого сумматора 13 через седьмой блок 29 умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока 11 умножения, подключен к выходу второго датчика 10 скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик 30 сигнала, восьмой сумматор 31, второй вход которого подключен к выходу датчика 15 массы, и восьмой блок 32 умножения, второй вход которого через третий функциональный преобразователь 33 соединен с выходом первого датчика 9 положения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора 13, последовательно соединенный девятый сумматор 34, первый и второй вход которого подключены соответственно к выходам первого 9 и второго 18 датчиков положения, четвертый функциональный преобразователь 35 и девятый блок 36 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 26, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора 13, последовательно соединенные пятый косинусный функциональный преобразователь 37, вход которого соединен с выходом первого датчика 9 положения, десятый блок 38 умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора 31, десятый сумматор 39 и одиннадцатый блок 40 умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика 41 ускорения, а выход - с восьмым входом четвертого сумматора 13, а также последовательно соединенные шестой косинусный функциональный преобразователь 42, вход которого подключен к выходу девятого сумматора 34, и двенадцатый блок 43 умножения, второй вход которого соединен с выходом седьмого сумматора 26, а выход - со вторым входом десятого сумматора 39, объект управления 44.The device for controlling the drive of the robot contains a series-connected first adder 1, a second adder 2, a first multiplication unit 3, a third adder 4, an amplifier 5 and an electric motor 6 connected to the first speed sensor 7 and through a gearbox 8 with the first position sensor 9 connected to the first the input of the first adder 1, connected by the second input to the input of the device, the second speed sensor 10, the second multiplication unit 11, the third multiplication unit 12 and the
На чертежах введены следующие обозначения:The following notation is introduced in the drawings:
qвх - сигнал желаемого положения;q in - signal of the desired position;
q1, q2, q3 - соответствующие обобщенные координаты исполнительного органа робота;q 1 , q 2 , q 3 - the corresponding generalized coordinates of the executive body of the robot;
- скорость изменения третьей обобщенной координаты; - rate of change of the third generalized coordinate;
, - ускорения соответствующих обобщенных координат; , - acceleration of the corresponding generalized coordinates;
ε - ошибка привода (величина рассогласования);ε - drive error (mismatch value);
m1, m2, m3, mГ - соответственно массы первого, второго, третьего звеньев исполнительного органа и захваченного груза;m 1 , m 2 , m 3 , m G - respectively, the mass of the first, second, third links of the executive body and the captured cargo;
, - расстояние от осей вращения соответствующих звеньев до их центров масс; , - the distance from the axis of rotation of the respective links to their centers of mass;
l2, l3 - длины соответствующих звеньев;l 2 , l 3 are the lengths of the corresponding links;
- скорость вращения ротора двигателя; - the speed of rotation of the rotor of the engine;
U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем 6.U *, U - respectively, the amplified signal and the engine control signal 6.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Сигнал ошибки ε на выходе сумматора 1 после коррекции в блоках 2-4, усиливаясь, поступает на электродвигатель 6, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U, моментов трения и внешнего моментного воздействия МB. Электропривод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния степеней подвижности исполнительного органа, обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает качественные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы. В результате возникает задача, связанная с обеспечением инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, что позволяет обеспечить стабильность заданного качества системы управления.The error signal ε at the output of the adder 1 after correction in blocks 2-4, amplifying, enters the electric motor 6, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration), depending on the magnitude of the incoming signal U, the friction moments and the external torque M B. The electric drive when working with various loads, as well as due to the mutual influence of the degrees of mobility of the executive body, has variable torque characteristics, which can vary widely. This reduces the quality of the drive and even leads to a loss of stability of its operation. As a result, a problem arises related to ensuring the invariance of the dynamic properties of the electric drive to continuous and rapid changes in its moment load characteristics, which allows to ensure the stability of a given quality of the control system.
Рассматриваемый привод управляет обобщенной координатой q2. Конструкция робота (см. фиг.2) является типовой для отечественных и зарубежных промышленных роботов. Эта конструкция позволяет осуществлять горизонтальное прямолинейное перемещение груза (координаты q1 и q4) и два вращательных движения в вертикальной плоскости (координаты q2 и q3).The drive in question controls the generalized coordinate q 2 . The design of the robot (see figure 2) is typical for domestic and foreign industrial robots. This design allows horizontal rectilinear movement of the load (coordinates q 1 and q 4 ) and two rotational movements in the vertical plane (coordinates q 2 and q 3 ).
Движение робота по координате q1 перпендикулярно плоскости вращения звеньев 2 и 3.The movement of the robot along the coordinate q 1 perpendicular to the plane of rotation of links 2 and 3.
Моментные характеристики привода, управляющего координатой q2, существенно зависят от изменения координат q2, q3, , , и mГ. В связи с этим для качественного управления координатой q2 необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координаты q2, q3, , и , а также переменной массы груза mГ на динамические свойства рассматриваемого привода поворота (координата q2).The moment characteristics of the drive controlling the coordinate q 2 substantially depend on a change in the coordinates q 2 , q 3 , , , and m G. In this regard, for quality control of the coordinate q 2 it is necessary to accurately compensate for the negative impact of changes in the coordinates q 2 , q 3 , , and , as well as a variable mass of cargo m G on the dynamic properties of the rotation drive in question (coordinate q 2 ).
На основе уравнений Лагранжа II рода можно записать, что моментное воздействие на выходной вал привода, управляющего координатой q2, при движении робота (фиг.2) с грузом имеет видBased on the Lagrange equations of the second kind, it can be written that the momentary action on the output shaft of the drive controlling the coordinate q 2 when the robot moves (figure 2) with a load has the form
гдеWhere
С учетом соотношений (1) и (2), а также уравнений электрической и механической цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый привод, управляющий координатой q2, можно описать следующим дифференциальным уравнением:Taking into account relations (1) and (2), as well as the equations of electric and mechanical chains of a DC motor with permanent magnets or independent excitation, the drive in question, which controls the coordinate q 2 , can be described by the following differential equation:
где , , , R - активное сопротивление якорной цепи двигателя; J - момент инерции якоря двигателя и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу двигателя; J2, J3 - моменты инерции соответствующих звеньев робота относительно осей, проходящих через их центры масс; Км - коэффициент крутящегося момента; Кω - коэффициент противоЭДС; Кв - коэффициент вязкого трения; ip - передаточное отношение редуктора; Мстр - момент сухого трения; Кy - коэффициент усиления усилителя 5; i - ток якоря; - ускорение вращения вала двигателя второй степени подвижности.Where , , , R is the active resistance of the engine armature circuit; J is the moment of inertia of the motor armature and the rotating parts of the gearbox brought to the motor shaft; J 2 , J 3 - moments of inertia of the corresponding links of the robot relative to the axes passing through their centers of mass; K m - coefficient of torque; Kω is the coefficient of counter-EMF; K in - coefficient of viscous friction; i p - gear ratio; M p is the moment of dry friction; To y is the gain of the amplifier 5; i is the armature current; - acceleration of rotation of the motor shaft of the second degree of mobility.
Из выражения (3) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, и параметры привода, управляющего координатой q2, являются существенно переменными, зависящими от величин q2, q3, , , , mГ. В результате в процессе работы привода меняются (притом существенно) его динамические свойства. Для реализации поставленной задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры привода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными параметрами.From the expression (3) it can be seen that the parameters of this equation, and therefore the parameters of the drive controlling the coordinate q 2 , are essentially variable, depending on the quantities q 2 , q 3 , , , , m G. As a result, during the operation of the drive, its dynamic properties change (and substantially). To achieve this goal, it is necessary to form such a corrective device that would stabilize the drive parameters so that it is described by a differential equation with constant parameters.
Первый положительный вход сумматора 2 (со стороны сумматора 1) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления Кω/Ky. Следовательно, на выходе сумматора 2 формируется сигнал .The first positive input of adder 2 (from the adder 1 side) has a unity gain, and its second negative input has a gain Kω / K y . Therefore, at the output of adder 2, a signal is generated .
Первый положительный вход сумматора 26 имеет единичный коэффициент усиления, а задатчик 25 сигнала подает на него сигнал l2l3*m3. Второй положительный вход этого сумматора имеет коэффициент усиления l2l3. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал .The first positive input of the adder 26 has a unity gain, and the signal setter 25 supplies a signal l 2 l 3 * m 3 to it . The second positive input of this adder has a gain of l 2 l 3 . As a result, a signal is generated at the output of this adder .
Датчик 18 измеряет обобщенную координату q3 робота, а функциональный преобразователь 19 реализует функцию cosq3. В результате на выходе блока 20 умножения формируется сигнал .The sensor 18 measures the generalized coordinate q 3 of the robot, and the functional transducer 19 implements the function cosq 3 . As a result, a signal is generated at the output of the multiplication unit 20 .
Второй положительный вход сумматора 16 имеет единичный коэффициент усиления, а задатчик 17 подает на него сигнал где JH - суммарное номинальное (желаемое) значение момента инерции, приведенного к выходному валу электродвигателя. Его третий положительный вход имеет коэффициент усиления , а на первый положительный, имеющий коэффициент усиления , датчик 15 массы подает сигнал mг. В результате на выходе сумматора 16 формируется сигналThe second positive input of the adder 16 has a unity gain, and the master 17 sends a signal to it where J H is the total nominal (desired) value of the moment of inertia reduced to the output shaft of the electric motor. Its third positive input has a gain , and the first positive, having a gain , the mass sensor 15 gives a signal m g . As a result, at the output of the adder 16, a signal is generated
а на выходе блока 3 - сигнал . Функциональный преобразователь 28 реализует функциональную зависимость sinq3. В результате на выходе блока 27 формируется сигнал .and at the output of block 3 - a signal . Functional Converter 28 implements the functional dependence of sinq 3 . As a result, a signal is generated at the output of
Датчик 10 измеряет скорость изменения обобщенной координаты q3 и как и датчик 18 установлен в третьей степени подвижности робота. В результате на первый отрицательный вход сумматора 13 (со стороны блока 12) с коэффициентом усиления поступает сигнал , а на пятый отрицательный вход этого сумматора (со стороны блока 29) с коэффициентом усиления - сигнал .Sensor 10 measures the rate of change of the generalized coordinate q 3 and, like sensor 18, is installed in the third degree of robot mobility. As a result, the first negative input of the adder 13 (from the side of block 12) with a gain signal is coming , and to the fifth negative input of this adder (from the side of block 29) with a gain - signal .
Первый и второй положительные входы сумматора 21 (соответственно со стороны блока 20 и задатчика 22) имеют единичные коэффициенты усиления, а его третий положительный вход - коэффициент усиления . Задатчик 22 формирует сигнал , а датчик 24 измеряет ускорение обобщенной координаты q3 и установлен в третьей степени подвижности робота. В результате на выходе блока 23 формируется сигнал , который поступает на четвертый положительный вход сумматора 13, имеющий коэффициент усиления . Третий и второй положительные входы сумматора 13 (соответственно со стороны релейного элемента 14 и датчика 7 скорости) соответственно имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный KMKω/R+KB. Выходной сигнал релейного элемента 14 с нулевой нейтральной точкой имеет видThe first and second positive inputs of the adder 21 (respectively, from the side of the block 20 and the setter 22) have unity gain, and its third positive input is the gain . The setter 22 generates a signal , and the sensor 24 measures the acceleration of the generalized coordinate q 3 and is installed in the third degree of mobility of the robot. As a result, a signal is generated at the output of block 23 which arrives at the fourth positive input of the
где МT - величина момента сухого трения при движении.where M T is the magnitude of the dry friction moment in motion.
Первый и второй положительные входы сумматора 34 имеют единичные коэффициенты усиления, а функциональный преобразователь 35 реализует функциональную зависимость sin(q2+q3). В результате на выходе блока 36 формируется сигнал , который поступает на седьмой положительный вход сумматора 13 с коэффициентом усиления .The first and second positive inputs of the adder 34 have unity gain, and the functional Converter 35 implements the functional dependence of sin (q 2 + q 3 ). As a result, a signal is generated at the output of block 36 that goes to the seventh positive input of the
Задатчик 30 вырабатывает сигнал и подает его на первый положительный вход сумматора 31, имеющий единичный коэффициент усиления, второй положительный вход этого сумматора имеет коэффициент усиления l2. Функциональный преобразователь 33 реализует функциональную зависимость sinq2. В результате на выходе блока 32 формируется сигнал , который поступает на шестой положительный вход сумматора 13, имеющий коэффициент усиления .The setter 30 generates a signal and feeds it to the first positive input of the adder 31 having a unity gain, the second positive input of this adder has a gain l 2 . Functional Converter 33 implements the functional dependence of sinq 2 . As a result, a signal is generated at the output of block 32 that goes to the sixth positive input of the
Датчик 41 установлен в первую степень подвижности робота и измеряет ускорение . На выходе блоков умножения 38 и 43, соответственно, формируются сигналы и . Первый положительный вход сумматора 39 (со стороны блока 38) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления, равный . В результате на выходе блока 40 формируется сигналThe sensor 41 is installed in the first degree of mobility of the robot and measures the acceleration . At the output of the multiplication blocks 38 and 43, respectively, signals are generated and . The first positive input of the adder 39 (from the side of block 38) has a unity gain, and its second positive input has a gain equal to . As a result, a signal is generated at the output of block 40
который поступает на восьмой положительный вход сумматора 13, имеющий коэффициент усиления .which goes to the eighth positive input of the
Исходя из отмеченного, на выходе сумматора 13 формируется сигналBased on the above, at the output of the adder 13 a signal is generated
Первый положительный вход сумматора 4 (со стороны блока 3) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления . В результате на выходе сумматора 4 формируется сигнал U*, равныйThe first positive input of the adder 4 (from the side of unit 3) has a unity gain, and its second positive input has a gain . As a result, at the output of the adder 4, a signal U * equal to
Поскольку при движении привода достаточно точно соответствует Мстр, то сигнал U* (4) обеспечивает превращение уравнения (3) с существенно переменными параметрами в уравнение с постоянными желаемыми параметрами, обеспечивающими приводу заданные динамические свойство и качественные показатели .Because when driving quite accurately corresponds to M p , then the signal U * (4) provides the transformation of equation (3) with substantially variable parameters into an equation with constant desired parameters, providing the drive with the specified dynamic property and quality indicators .
Таким образом, за счет введения новых элементов и связей удается обеспечить полную инвариантность рассматриваемого привода робота к эффектам взаимовлияния между степенями подвижности и моментам трения. Это позволяет получить стабильно высокое качество управления в любых режимах работы привода.Thus, due to the introduction of new elements and relationships, it is possible to ensure the complete invariance of the robot drive under consideration to the effects of mutual influence between the degrees of mobility and the friction moments. This allows you to get a consistently high quality control in all operating modes of the drive.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003123692/02A RU2235016C1 (en) | 2003-07-28 | 2003-07-28 | Robot drive control apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003123692/02A RU2235016C1 (en) | 2003-07-28 | 2003-07-28 | Robot drive control apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2235016C1 true RU2235016C1 (en) | 2004-08-27 |
RU2003123692A RU2003123692A (en) | 2005-02-10 |
Family
ID=33414667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003123692/02A RU2235016C1 (en) | 2003-07-28 | 2003-07-28 | Robot drive control apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2235016C1 (en) |
-
2003
- 2003-07-28 RU RU2003123692/02A patent/RU2235016C1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003123692A (en) | 2005-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2394674C2 (en) | Self-adaptive electric drive of robot | |
RU2423224C2 (en) | Robot electric drive | |
RU2325268C1 (en) | Control of robotic machine drive | |
RU2235016C1 (en) | Robot drive control apparatus | |
RU2423225C1 (en) | Robot electric drive | |
RU2235014C1 (en) | Robot drive control apparatus | |
RU2359306C2 (en) | Self-adapting electric drive of robot | |
RU2380215C1 (en) | Self-tuning electric drive of robot | |
RU2335389C2 (en) | Robot drive control device | |
RU2425746C2 (en) | Robot electrical drive | |
RU2212329C1 (en) | Device for control of robot drive | |
RU2272312C1 (en) | Arrangement for controlling of the drive of a robot | |
RU2344925C1 (en) | Device for robotic machine drive control | |
RU2345885C1 (en) | Robot drive control device | |
RU2209719C1 (en) | Device for control of robot drive | |
RU2193480C1 (en) | Device controlling robot drive | |
RU2363972C2 (en) | Robot self-adaptive electric drive | |
RU2235015C1 (en) | Robot drive control apparatus | |
RU2398672C1 (en) | Robot electric drive | |
RU2274884C1 (en) | Device for controlling motor of robot | |
RU2115539C1 (en) | Robot drive control device | |
RU2443543C1 (en) | Manipulator electric drive | |
RU2309444C2 (en) | Self-adjusting electrical drive for robot | |
RU2066626C1 (en) | Robot drive control device | |
RU2054350C1 (en) | Device for controlling robot drive |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050729 |