RU2272314C1 - Self-tuning electric drive of a robot - Google Patents

Self-tuning electric drive of a robot Download PDF

Info

Publication number
RU2272314C1
RU2272314C1 RU2004131937/09A RU2004131937A RU2272314C1 RU 2272314 C1 RU2272314 C1 RU 2272314C1 RU 2004131937/09 A RU2004131937/09 A RU 2004131937/09A RU 2004131937 A RU2004131937 A RU 2004131937A RU 2272314 C1 RU2272314 C1 RU 2272314C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
adder
input
output
series
sensor
Prior art date
Application number
RU2004131937/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Федорович Филаретов (RU)
Владимир Федорович Филаретов
Original Assignee
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН
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 Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН filed Critical Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН
Priority to RU2004131937/09A priority Critical patent/RU2272314C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2272314C1 publication Critical patent/RU2272314C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: the invention refers to robotics and may be used for creation of systems for controlling the drives of a robot.
SUBSTANCE: full invariance of dynamic characteristics of the considered electric drive of the robot to continuous and quick changes of its all moment load characteristics is provided due to additional introduction of the third signal controller and the twelve summing unit connected in series and also due to new connections between elements of the adjustable arrangement.
EFFECT: increases dynamic accuracy of control.
2 dwg

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.

Известен самонастраивающийся электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через репродуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на горизонтальном звене робота, и движок первого датчика положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтального звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, пятый сумматор, к входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, шестой сумматор и третий блок умножения, а также датчик массы, причем второй выход датчика положения соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к входу электропривода, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, выходом подключенного к третьему отрицательному входу третьего сумматора, выход датчика массы соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выход датчика положения соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу шестого сумматора, а выход первого сумматора соединен с третьим входом второго сумматора (см. патент РФ №2037173, БИ №16, 1995 г.).Known self-adjusting electric drive of the robot, containing a series-connected first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an engine connected to the first speed sensor directly and through a reproducer, with a gear driving a rail fixed motionlessly on the horizontal link of the robot, and the engine of the first a position sensor mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, connected in series the relay unit and the third adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the second input of the first adder, the first signal master, the fourth adder, the fifth adder connected to the input of the second signal master, the second multiplication unit, the sixth an adder and a third multiplication unit, as well as a mass sensor, the second output of the position sensor connected to the first input of the seventh adder connected by the second input to the input of the drive, and the output to the first input ode of the first adder, the output of the third adder is connected to the second input of the second adder, the second speed sensor and a quadrator are connected in series, the output of which is connected to the second input of the third multiplication unit, the output connected to the third negative input of the third adder, the output of the mass sensor is connected to the second inputs of the first and of the second multiplication blocks, the output of the position sensor is connected to the second input of the fourth adder, the output of which is connected to the second input of the sixth adder, and the output of the first adder with union of the third input of the second adder (cm. RF patent No. 2037173, BI No. 16, 1995).

Недостатком данного устройства является то, что оно эффективно только для конкретной степени подвижности исполнительного органа конкретного робота, имеющего три степени подвижности. Однако при трех степенях подвижности у робота значительно сокращается рабочая зона (зона обслуживания). Например, при работе на конвейере желательно, чтобы робот мог перемещаться вдоль этого конвейера, сопровождая движущееся изделие и выполняя требуемые технологические операции. Однако при введении четвертой линейной степени подвижности в рассматриваемом приводе появляются возмущающие моментные воздействия, значительно ухудшающие его показатели качества. В результате возникает задача компенсации этих вредных моментных воздействий за счет введения дополнительных сигналов коррекции.The disadvantage of this device is that it is effective only for a specific degree of mobility of the executive body of a particular robot having three degrees of mobility. However, with three degrees of mobility, the robot significantly reduces the working area (service area). For example, when working on a conveyor, it is desirable that the robot can move along this conveyor, accompanying a moving product and performing the required technological operations. However, with the introduction of the fourth linear degree of mobility, disturbing torque effects appear in the drive in question, significantly worsening its quality indicators. As a result, the task arises of compensating for these harmful momentary effects by introducing additional correction signals.

Известен также самонастраивающийся электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с шестерней, первый датчик положения, последовательно соединенные релейный блок 0 и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и к второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала и четвертый сумматор, последовательно соединенные второй задатчик сигнала, пятый сумматор и второй блок умножения, последовательно соединенные шестой сумматор и третий блок умножения, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и первый квадратор, а также датчик массы, причем вход устройства соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к выходу первого датчика положения, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен со вторым входом второго сумматора, выход датчика массы соединен со вторым входом первого блока умножения, а выход первого сумматора соединен с третьим входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый функциональный преобразователь, четвертый блок умножения и восьмой сумматор, выход которого подключен ко второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные третий датчик положения, девятый сумматор, второй функциональный преобразователь и пятый блок умножения, выход которого подключен к первому входу шестого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, второй квадратор и шестой блок умножения, выход которого подключен ко второму входу шестого сумматора, а его второй вход через третий функциональный преобразователь - к выходу девятого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго датчика положения и второму входу девятого сумматора, и седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора, а выход - ко второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные первый датчик ускорения и одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения и к второму входу четвертого блока умножения, а его выход - ко второму входу пятого блока умножения, причем выход датчика массы подключен ко вторым входам четвертого и пятого сумматоров, выход второго блока умножения - к четвертому входу третьего сумматора, а выход четвертого сумматора - ко второму входу третьего блока умножения, при этом первый и второй функциональные преобразователи реализуют функцию sin, а третий и четвертый функциональные преобразователи - функцию cos (см. патент РФ №2208242, БИ №19, 2003 г.).Also known is a self-adjusting electric drive of the robot, comprising a series-connected first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an engine connected to the first speed sensor directly and through a gear with a gear, the first position sensor, the relay unit 0 and the third adder connected in series, the second input which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and to the second input of the first adder, the first signal adjuster and the fourth a matrator, a second signal adder, a fifth adder and a second multiplication unit connected in series, a sixth adder and a third multiplication unit connected in series to the third input of the third adder, a second speed sensor and a first quadrator, and a mass sensor connected in series, the input of the device connected to the first input of the seventh adder connected by the second input to the output of the first position sensor, and the output to the first input of the first adder, the output of the third adder is connected to the second input of the second adder, the output of the mass sensor is connected to the second input of the first multiplication unit, and the output of the first adder is connected to the third input of the second adder, the second position sensor, the first functional converter, the fourth multiplication unit and the eighth adder are connected in series, the output of which is connected to the second input a second multiplication unit, connected in series with a third position sensor, a ninth adder, a second functional converter and a fifth multiplication unit, the output of which is connected to the first input of the sixth adder, the third speed sensor, the tenth adder, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor, the second quadrator and the sixth multiplication unit, the output of which is connected to the second input of the sixth adder, and its second input through the third functional converter, are connected in series to the output of the ninth adder, a fourth functional converter connected in series, the input of which is connected to the output of the second position sensor and the second input of the ninth adder, and my multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first quadrator, and the output - to the second input of the eighth adder, the first acceleration sensor and the eleventh adder connected in series, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor and to the second input of the fourth multiplication unit, and it the output is to the second input of the fifth multiplication block, and the output of the mass sensor is connected to the second inputs of the fourth and fifth adders, the output of the second multiplication block is to the fourth input of the third adder, and the fourth output of the adder to the second input of the third block of multiplication, while the first and second functional converters implement the sin function, and the third and fourth functional converters implement the cos function (see RF patent No. 2208242, BI No. 19, 2003).

Недостатком прототипа является то, что описанный там электропривод обеспечивает точное управление линейным перемещением манипулятора только в горизонтальной плоскости. При перемещении же в вертикальной плоскости появляются дополнительные гравитационные силы, которые должны быть также скомпенсированы для обеспечения высокой динамической точности управления.The disadvantage of the prototype is that the drive described there provides precise control of the linear movement of the manipulator only in the horizontal plane. When moving in the vertical plane, additional gravitational forces appear, which must also be compensated to ensure high dynamic control accuracy.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении манипулятора по всем его степеням подвижности и тем самым повышение динамической точности его управления.The task to which the claimed technical solution is directed is to ensure the complete invariance of the dynamic properties of the drive in question to continuous and rapid changes in its dynamic moment load characteristics when the manipulator moves along all its degrees of mobility and thereby increase the dynamic accuracy of its control.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании нового сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение нового моментного воздействия, компенсирующего вредное моментное воздействие со стороны движущихся степеней подвижности на качественные показатели работы рассматриваемого электропривода (см. координату q1).The technical result that can be obtained by implementing the claimed technical solution is expressed in the formation of a new control signal supplied to the input of the electric drive, which provides a new momentary effect that compensates for the harmful momentary effect from the moving degrees of mobility on the quality performance of the considered electric drive (see. coordinate q 1 ).

Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, первый датчик положения, последовательно соединенные релейный блок 0 и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и к второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала и четвертый сумматор, последовательно соединенные второй задатчик сигнала, пятый сумматор и второй блок умножения, последовательно соединенные шестой сумматор и третий блок умножения, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и первый квадратор, а также датчик массы, причем вход устройства соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к выходу первого датчика положения, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен со вторым входом второго сумматора, выход датчика массы соединен со вторым входом первого блока умножения, а выход первого сумматора соединен с третьим входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый функциональный преобразователь, четвертый блок умножения и восьмой сумматор, выход которого подключен ко второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные третий датчик положения, девятый сумматор, второй функциональный преобразователь и пятый блок умножения, выход которого подключен к первому входу шестого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, второй квадратор и шестой блок умножения, выход которого подключен ко второму входу шестого сумматора, а его второй вход через третий функциональный преобразователь - к выходу девятого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго датчика положения и второму входу девятого сумматора, и седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора, а выход - ко второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные первый датчик ускорения и одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения и к второму входу четвертого блока умножения, а его выход - ко второму входу пятого блока умножения, причем выход датчика массы подключен ко вторым входам четвертого и пятого сумматоров, выход второго блока умножения - к четвертому входу третьего сумматора, а выход четвертого сумматора - ко второму входу третьего блока умножения, первый и второй функциональные преобразователи реализуют функцию sin, а третий и четвертый функциональные преобразователи - функцию cos, дополнительно вводятся последовательно соединенные третий задатчик сигнала и двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а выход - к пятому входу третьего сумматора.The problem is solved in that in a self-adjusting electric drive of the robot, containing a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an engine connected directly to the first speed sensor and through a gear with a gear, the first position sensor, relay unit 0 connected in series and a third adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and to the second input of the first adder, the first set in series the infrared signal and the fourth adder, the second signal adder, the fifth adder and the second multiplier, connected in series with the sixth adder and the third multiplier, the output of which is connected to the third input of the third adder, the second speed sensor and the first quadrator, as well as the mass sensor, connected in series moreover, the input of the device is connected to the first input of the seventh adder connected by the second input to the output of the first position sensor, and the output to the first input of the first adder, the output is third its adder is connected to the second input of the second adder, the output of the mass sensor is connected to the second input of the first multiplier, and the output of the first adder is connected to the third input of the second adder, the second position sensor, the first functional converter, the fourth multiplier and the eighth adder, the output of which connected to the second input of the second multiplication unit, a third position sensor, a ninth adder, a second functional converter and a fifth multiplication unit connected in series, the output of which is connected to the first input of the sixth adder, the third speed sensor is connected in series, the tenth adder, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor, the second quadrator and the sixth multiplication unit, the output of which is connected to the second input of the sixth adder, and its second input through the third functional converter - to the output of the ninth adder, the fourth functional converter is connected in series, the input of which is connected to the output of the second position sensor and the second input the ninth adder, and the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first quadrator, and the output to the second input of the eighth adder, the first acceleration sensor and the eleventh adder connected in series, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor and to the second input of the fourth block multiplication, and its output to the second input of the fifth block of multiplication, and the output of the mass sensor is connected to the second inputs of the fourth and fifth adders, the output of the second block of multiplication to the fourth input of the third a matrator, and the output of the fourth adder to the second input of the third multiplication block, the first and second functional converters implement the sin function, and the third and fourth functional converters implement the cos function, in addition, the third signal master and the twelfth adder are introduced in series, the second input of which is connected to the output mass sensor, and the output to the fifth input of the third adder.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of the analogue and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают высокую динамическую точность и устойчивость работы рассматриваемого привода робота в условиях существенного изменения параметров нагрузки.In this case, the distinguishing features of the claims provide high dynamic accuracy and stability of the considered robot drive under conditions of a significant change in load parameters.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого самонастраивающегося электропривода робота; на фиг.2 - кинематическая схема исполнительного органа робота.Figure 1 presents a diagram of the proposed self-tuning electric robot; figure 2 is a kinematic diagram of the Executive body of the robot.

Самонастраивающийся электропривод робота содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, усилитель 4 и двигатель 5, связанный с первым датчиком 6 скорости непосредственно и через редуктор 7 - с шестерней 8, первый датчик 9 положения, последовательно соединенные релейный блок 10 и третий сумматор 11, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, входу релейного блока 10 и к второму входу первого сумматора 1, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала и четвертый сумматор 13, последовательно соединенные второй задатчик 14 сигнала, пятый сумматор 15 и второй блок 16 умножения, последовательно соединенные шестой сумматор 17 и третий блок 18 умножения, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные второй датчик 19 скорости и первый квадратор 20, а также датчик 21 массы, причем вход устройства соединен с первым входом седьмого сумматора 22, подключенного вторым входом к выходу первого датчика 9 положения, а выходом - к первому входу первого сумматора 1, выход третьего сумматора 11 соединен со вторым входом второго сумматора 3, выход датчика 21 массы соединен со вторым входом первого блока 2 умножения, а выход первого сумматора 1 соединен с третьим входом второго сумматора 3, последовательно соединенные второй датчик 23 положения, первый функциональный преобразователь 24, четвертый блок 25 умножения и восьмой 26 сумматор, выход которого подключен ко второму входу второго блока 16 умножения, последовательно соединенные третий датчик 27 положения, девятый сумматор 28, второй функциональный преобразователь 29 и пятый блок 30 умножения, выход которого подключен к первому входу шестого сумматора 17, последовательно соединенные третий датчик 31 скорости, десятый сумматор 32, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 19 скорости, второй квадратор 33 и шестой блок 34 умножения, выход которого подключен ко второму входу шестого сумматора 17, а его второй вход через третий функциональный преобразователь 35 - к выходу девятого сумматора 28, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь 36, вход которого подключен к выходу второго датчика 23 положения и второму входу девятого сумматора 28, и седьмой блок 37 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора 20, а выход - ко второму входу восьмого сумматора 26, последовательно соединенные первый датчик 38 ускорения и одиннадцатый сумматор 39, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 40 ускорения и к второму входу четвертого блока 25 умножения, а его выход - ко второму входу пятого блока 30 умножения, причем выход датчика 21 массы подключен ко вторым входам четвертого 13 и пятого 15 сумматоров, выход второго блока 16 умножения - к четвертому входу третьего сумматора 11, а выход четвертого сумматора 13 - ко второму входу третьего блока 18 умножения, при этом первый 24 и второй 29 функциональные преобразователи реализуют функцию sin, а третий 35 и четвертый 36 функциональные преобразователи - функцию cos, последовательно соединенные третий задатчик 41 сигнала и двенадцатый сумматор 42, второй вход которого подключен к выходу датчика 21 массы, а выход - к пятому входу третьего сумматора 11.The self-adjusting electric drive of the robot contains a series-connected first adder 1, a first multiplication unit 2, a second adder 3, an amplifier 4 and an engine 5 connected to the first speed sensor 6 directly and through a gear 7 with a gear 8, the first position sensor 9, the relay unit connected in series 10 and the third adder 11, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor 6, the input of the relay unit 10 and to the second input of the first adder 1, connected in series with the first signal setter 12 and the fourth a matator 13, serially connected a second signal adjuster 14, a fifth adder 15 and a second multiplication unit 16, serially connected a sixth adder 17 and a third multiplication unit 18, the output of which is connected to the third input of the third adder 11, serially connected to the second speed sensor 19 and the first quadrator 20 as well as a mass sensor 21, the input of the device being connected to the first input of the seventh adder 22 connected by the second input to the output of the first position sensor 9, and the output to the first input of the first adder 1, the output of the third the adder 11 is connected to the second input of the second adder 3, the output of the mass sensor 21 is connected to the second input of the first multiplier 2, and the output of the first adder 1 is connected to the third input of the second adder 3, the second position sensor 23 connected in series, the first functional converter 24, the fourth block 25 multiplication and the eighth 26 adder, the output of which is connected to the second input of the second block 16 of the multiplication, sequentially connected to the third position sensor 27, the ninth adder 28, the second functional Converter 29 and the fifth a multiplication unit 30, the output of which is connected to the first input of the sixth adder 17, a third speed sensor 31, a tenth adder 32 connected in series, a second input of which is connected to the output of the second speed sensor 19, a second quadrator 33 and a sixth multiplication unit 34, the output of which is connected to the second the input of the sixth adder 17, and its second input through the third functional converter 35 to the output of the ninth adder 28, connected in series to the fourth functional converter 36, the input of which is connected to the output of the second a position sensor 23 and a second input of the ninth adder 28, and a seventh multiplication unit 37, the second input of which is connected to the output of the first quadrator 20, and the output to the second input of the eighth adder 26, the first acceleration sensor 38 and the eleventh adder 39, the second input of which are connected in series connected to the output of the second acceleration sensor 40 and to the second input of the fourth multiplication unit 25, and its output to the second input of the fifth multiplication unit 30, and the output of the mass sensor 21 is connected to the second inputs of the fourth 13 and fifth 15 adders, the output of the second multiplication block 16 to the fourth input of the third adder 11, and the output of the fourth adder 13 to the second input of the third multiplication block 18, while the first 24 and second 29 functional converters implement the sin function, and the third 35 and fourth 36 functional converters - the cos function connected in series to the third signal setter 41 and the twelfth adder 42, the second input of which is connected to the output of the mass sensor 21, and the output to the fifth input of the third adder 11.

На чертежах введены следующие обозначения:The following notation is introduced in the drawings:

qвх - сигнал желаемого положения;q in - signal of the desired position;

qi - соответствующие обобщенные координаты исполнительного органа робота (

Figure 00000002
),q i - the corresponding generalized coordinates of the executive body of the robot (
Figure 00000002
),

Figure 00000003
- скорости изменения соответствующих обобщенных координат (
Figure 00000004
);
Figure 00000003
- the rate of change of the corresponding generalized coordinates (
Figure 00000004
);

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;

li*=const (i=2,3) - расстояния от оси вращения соответствующего звена до его центра масс;l i * = const (i = 2,3) - the distance from the axis of rotation of the corresponding link to its center of mass;

li=const (i=2,3) - длины соответствующих звеньев;l i = const (i = 2,3) - the length of the corresponding links;

Figure 00000005
- соответственно скорость и ускорение вращения ротора двигателя четвертой степени подвижности;
Figure 00000005
- respectively, the speed and acceleration of rotation of the rotor of the engine of the fourth degree of mobility;

U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем 5.U *, U - respectively, the amplified signal and the engine control signal 5.

Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки ε после коррекции в блоках 1, 2, 3, усиливаясь, поступает на электродвигатель 5, приводя его вал во вращательное движение, зависимое от величины поступающего сигнала U, моментов трения и внешнего моментного воздействия MВ. 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 обеспечение инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, что позволяет обеспечить стабильность заданного качества системы управления.The device operates as follows. The error signal ε after correction in units 1, 2, 3, amplifying, is supplied to the motor 5, causing its shaft into a rotational movement, dependent on the magnitude of the incoming signal U, friction and external moments M in the torque feedback. 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 that 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 momentary load characteristics, which ensures the stability of a given quality of the control system.

Рассматриваемый привод управляет вертикальной обобщенной координатой q1. Конструкция робота (см. фиг.2) позволяет осуществлять также вращения двух его звеньев в вертикальной плоскости (координаты q2, q3) и горизонтальное прямолинейное перемещение (координата q4), перпендикулярное плоскости вращения звеньев.The drive in question controls the vertical generalized coordinate q 1 . The design of the robot (see figure 2) also allows rotation of two of its links in the vertical plane (coordinates q 2 , q 3 ) and horizontal rectilinear movement (coordinate q 4 ), perpendicular to the plane of rotation of the links.

Моментные характеристики привода, управляющего координатой q1, существенно зависят от изменения координат q2, q3,

Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
, и груза mг. В связи с этим для качественного управления координатой q1 необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения этих координат, а также переменной массы груза mг на динамические свойства рассматриваемого привода.The moment characteristics of the drive controlling the coordinate q 1 substantially depend on a change in the coordinates q 2 , q 3 ,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
, and cargo m g . In this regard, for quality control of the q 1 coordinate, it is necessary to precisely compensate for the negative effect of changes in these coordinates, as well as the variable mass of the load m g on the dynamic properties of the drive in question.

Манипулятор в горизонтальной плоскости перемещается с помощью электроприводов посредством передач шестерня - рейка (координаты q1 и q4). Причем рейки установлены соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях на основании робота, а шестерни - на выходных валах редукторов соответствующих приводов и имеют радиус r.The manipulator in the horizontal plane moves with the help of electric drives through gear-rack gears (coordinates q 1 and q 4 ). Moreover, the rails are installed respectively in the vertical and horizontal planes on the basis of the robot, and the gears on the output shafts of the gearboxes of the respective drives and have a radius r.

Несложно показать, что в процессе движения рассматриваемого робота на координату q1 действует силаIt is easy to show that during the motion of the robot in question, the force q 1 acts on the coordinate

Figure 00000010
Figure 00000010

где g - ускорение свободного падения.where g is the acceleration of gravity.

Сила F в процессе движения робота создает на выходном валу редуктора 7 момент, равныйThe force F in the process of movement of the robot creates on the output shaft of the gearbox 7 a moment equal to

Figure 00000011
Figure 00000011

С учетом соотношения (1), а также уравнения электрической

Figure 00000012
и механической
Figure 00000013
Taking into account relation (1), as well as the equation of electric
Figure 00000012
and mechanical
Figure 00000013

цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый привод, управляющий координатой q1, можно описать следующим дифференциальным уравнениемchains of a DC motor with permanent magnets or independent excitation, the drive in question, which controls the coordinate q 1 , can be described by the following differential equation

Figure 00000014
Figure 00000014

где R - активное сопротивление якорной цепи двигателя; J - момент инерции якоря двигателя и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу двигателя; kм - коэффициент крутящего момента; kω - коэффициент противоЭДС; кВ - коэффициент вязкого трения; iр - передаточное отношение редуктора; Mстр - момент сухого трения; ky - коэффициент усиления усилителя 4; i - ток якоря двигателя 5.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, reduced to the motor shaft; k m - torque coefficient; k ω is the counter-emf coefficient; to In - coefficient of viscous friction; i p - gear ratio; M p is the moment of dry friction; k y is the gain of the amplifier 4; i - motor armature current 5.

Из (2) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, параметры и динамические свойства привода, управляющего координатой q1, являются существенно переменными, зависящими от q2, q3,

Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
и mг. В результате для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое стабилизировало бы параметры привода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.From (2) it can be seen that the parameters of this equation, and therefore the parameters and dynamic properties of the drive that controls the coordinate q 1 , are essentially variable, depending on q 2 , q 3 ,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
and m g . As a result, for the implementation of the above task, 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 desired parameters.

Первый положительный вход сумматора 1 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход имеет коэффициент усиления kω/kу. Следовательно, на выходе сумматора 1 формируется сигнал

Figure 00000015
The first positive input of adder 1 has a unity gain, and its second negative input has a gain k ω / k у . Therefore, at the output of the adder 1, a signal is generated
Figure 00000015

Датчики положения 23 и 27 соответственно установлены во второй и третьей степенях подвижности робота и измеряют обобщенные координаты q2 и q3 соответственно. Сумматор 28 имеет положительные входы с единичными коэффициентами усиления. Следовательно, на его выходе формируется сигнал, равный q2+q3. Датчики скорости 19 и 31 соответственно установлены во второй и третьей степенях подвижности робота и измеряют скорости

Figure 00000006
и
Figure 00000007
соответственно.The position sensors 23 and 27, respectively, are installed in the second and third degrees of mobility of the robot and measure the generalized coordinates q 2 and q 3, respectively. The adder 28 has positive inputs with unity gain. Therefore, a signal equal to q 2 + q 3 is formed at its output. Speed sensors 19 and 31, respectively, are installed in the second and third degrees of mobility of the robot and measure the speed
Figure 00000006
and
Figure 00000007
respectively.

Первый и второй положительные входы сумматора 42 имеют единичные коэффициенты усиления. С выхода третьего задатчика 41 сигнала подается сигнал, равный m1+m2+m3. В результате на выходе сумматора 42 формируется сигнал, равный m1+m2+m3+mг.The first and second positive inputs of the adder 42 have unity gain. From the output of the third signal setter 41, a signal equal to m 1 + m 2 + m 3 is supplied. As a result, a signal equal to m 1 + m 2 + m 3 + m g is generated at the output of adder 42.

Сумматор 32 имеет положительные входы с единичными коэффициентами усиления. Следовательно, на его выходе формируется сигнал, равный

Figure 00000006
+
Figure 00000007
.The adder 32 has positive inputs with unity gain. Therefore, a signal equal to
Figure 00000006
+
Figure 00000007
.

Датчики ускорения 38 и 40 соответственно установлены в третьей и второй степенях подвижности робота и измеряют ускорения

Figure 00000009
и
Figure 00000008
соответственно.Acceleration sensors 38 and 40, respectively, are installed in the third and second degrees of mobility of the robot and measure accelerations
Figure 00000009
and
Figure 00000008
respectively.

Функциональные преобразователи 24 и 29 реализуют функцию sin, a функциональные преобразователи 35 и 36 функцию cos. В результате на выходе блока 25 будет формироваться сигнал sin(q2)

Figure 00000008
, на выходе блока 37 - сигнал cos(q2)
Figure 00000016
, на выходе блока 30 - сигнал sin(q2+q3)(
Figure 00000008
+
Figure 00000009
), а на выходе блока 34 - сигнал cos(q2+q3)(
Figure 00000006
+
Figure 00000007
)2.Functional converters 24 and 29 implement the sin function, while functional converters 35 and 36 implement the cos function. As a result, at the output of block 25, a signal sin (q 2 ) will be formed
Figure 00000008
, at the output of block 37, the signal cos (q 2 )
Figure 00000016
, at the output of block 30, the signal sin (q 2 + q 3 ) (
Figure 00000008
+
Figure 00000009
), and at the output of block 34, the signal cos (q 2 + q 3 ) (
Figure 00000006
+
Figure 00000007
) 2 .

Сумматоры 17 и 26 имеют положительные входы с коэффициентами усиления r/iр. В результате на их выходах формируются сигналы

Figure 00000017
Figure 00000018
соответственно. На выходе задатчиков сигналов 12 и 14 формируются сигналы l3 *m3 и l2m3+l2 *m2 соответственно.Adders 17 and 26 have positive inputs with gains r / i p . As a result, signals are generated at their outputs
Figure 00000017
Figure 00000018
respectively. At the output of signal setters 12 and 14, signals l 3 * m 3 and l 2 m 3 + l 2 * m 2 are formed, respectively.

Первый (со стороны задатчика 12) положительный вход сумматора 13 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления, равный l3. В результате на его выходе формируется сигнал m3l3 *+mгl3.The first (from the side of the setter 12) positive input of the adder 13 has a unity gain, and its second positive input has a gain equal to l 3 . As a result, a signal m 3 l 3 * + m g l 3 is generated at its output.

Первый (со стороны задатчика 14) положительный вход сумматора 15 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления, равный l2. В результате на его выходе формируется сигнал l2(m3+mг)+l2 *m2.The first (from the master 14) positive input of the adder 15 has a unity gain, and its second positive input has a gain equal to l 2 . As a result, a signal l 2 (m 3 + m g ) + l 2 * m 2 is formed at its output.

Выходной сигнал релейного элемента 10 с нулевой нейтральной точкой имеет видThe output signal of the relay element 10 with a neutral zero point has the form

Figure 00000019
Figure 00000019

где

Figure 00000020
- величина момента сухого трения при движении.Where
Figure 00000020
- the value of the moment of dry friction during movement.

Первый, третий и четвертый положительные входы сумматора 11 имеют единичные коэффициенты усиления, второй положительный вход (со стороны датчика 6) - коэффициент усиления

Figure 00000021
, а пятый положительный (со стороны сумматора 42) - коэффициент усиления gr/ip. В результате на выходе этого сумматора формируется сигналThe first, third and fourth positive inputs of the adder 11 have unity gain, the second positive input (from the sensor 6) is the gain
Figure 00000021
and the fifth positive (from the adder 42) is the gain gr / i p . As a result, a signal is generated at the output of this adder

Figure 00000022
Figure 00000022

Первый положительный вход сумматора 3 (со стороны блока 2) имеет коэффициент усиления

Figure 00000023
, его второй положительный вход (со стороны сумматора 11) - коэффициент усиления
Figure 00000024
, а третий положительный вход (со стороны сумматора 1) - коэффициент усиления (J+(m1+m2+m3)r2/ip 2)/Jн. В результате на выходе сумматора 3 формируется сигналThe first positive input of the adder 3 (from the side of unit 2) has a gain
Figure 00000023
, its second positive input (from the adder 11) is the gain
Figure 00000024
and the third positive input (from the adder 1 side) is the gain (J + (m 1 + m 2 + m 3 ) r 2 / i p 2 ) / J n . As a result, at the output of the adder 3, a signal is generated

Figure 00000025
Figure 00000025

Несложно показать, что поскольку

Figure 00000026
при движении привода достаточно точно соответствует Мстр, то, подставив полученное значение U* в соотношение (2), получим уравнение
Figure 00000027
, которое имеет постоянные желаемые параметры. То есть предложенный самонастраивающийся электропривод, управляющий координатой q1, будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями.It is easy to show that since
Figure 00000026
when the drive moves quite accurately corresponds to M p , then, substituting the obtained value U * in relation (2), we obtain the equation
Figure 00000027
which has constant desired parameters. That is, the proposed self-adjusting electric drive, controlling the coordinate q 1 , will have constant desired dynamic properties and quality indicators.

Таким образом, за счет дополнительного введения третьего задатчика сигнала, двенадцатого сумматора и новых связей удалось обеспечить полную инвариантность рассматриваемого электропривода к эффектам взаимовлияния между степенями подвижности робота и моментам трения. Это позволяет получить стабильно высокое качество управления в любых режимах работы рассматриваемого электропривода.Thus, due to the additional introduction of the third signal generator, the twelfth adder and new connections, it was possible to ensure the complete invariance of the electric drive under consideration to the effects of mutual influence between the degrees of mobility of the robot and the friction moments. This allows you to get a consistently high quality control in any operating modes of the drive in question.

Claims (1)

Самонастраивающийся электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с шестерней, первый датчик положения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и к второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала и четвертый сумматор, последовательно соединенные второй задатчик сигнала, пятый сумматор и второй блок умножения, последовательно соединенные шестой сумматор и третий блок умножения, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и первый квадратор, а также датчик массы, причем вход устройства соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к выходу первого датчика положения, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен со вторым входом второго сумматора, выход датчика массы соединен со вторым входом первого блока умножения, а выход первого сумматора соединен с третьим входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый функциональный преобразователь, четвертый блок умножения и восьмой сумматор, выход которого подключен ко второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные третий датчик положения, девятый сумматор, второй функциональный преобразователь и пятый блок умножения, выход которого подключен к первому входу шестого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, второй квадратор и шестой блок умножения, выход которого подключен ко второму входу шестого сумматора, а его второй вход через третий функциональный преобразователь - к выходу девятого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго датчика положения и второму входу девятого сумматора, и седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора, а выход - ко второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные первый датчик ускорения и одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения и к второму входу четвертого блока умножения, а его выход - ко второму входу пятого блока умножения, причем выход датчика массы подключен ко вторым входам четвертого и пятого сумматоров, выход второго блока умножения - к четвертому входу третьего сумматора, а выход четвертого сумматора - ко второму входу третьего блока умножения, при этом первый и второй функциональные преобразователи реализуют функцию sin, а третий и четвертый функциональные преобразователи - функцию cos, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные третий задатчик сигнала и двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а выход - к пятому входу третьего сумматора.A self-adjusting electric drive of the robot, comprising a series-connected first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an engine connected to the first speed sensor directly and through a gear reducer, a first position sensor, a relay unit and a third adder connected in series, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the second input of the first adder, connected in series with the first signal setter and the fourth adder, followed by the second signal adder, the fifth adder and the second multiplication unit, the sixth adder and the third multiplication unit, the output of which is connected to the third input of the third adder, the second speed sensor and the first quadrator, as well as the mass sensor, the input of the device connected to the first input of the seventh adder connected by the second input to the output of the first position sensor, and the output to the first input of the first adder, the output of the third adder is connected to the second input in of the next adder, the output of the mass sensor is connected to the second input of the first multiplication unit, and the output of the first adder is connected to the third input of the second adder, the second position sensor, the first functional converter, the fourth multiplication unit and the eighth adder, the output of which is connected to the second input of the second unit multiplication, connected in series with a third position sensor, a ninth adder, a second functional converter and a fifth multiplication unit, the output of which is connected to the first input the sixth adder, the third speed sensor connected in series, the tenth adder, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor, the second quadrator and the sixth multiplication unit, the output of which is connected to the second input of the sixth adder, and its second input through the third functional converter to the output of the ninth the adder, connected in series to the fourth functional converter, the input of which is connected to the output of the second position sensor and the second input of the ninth adder, and the seventh unit is multiplied the second input of which is connected to the output of the first quadrator, and the output to the second input of the eighth adder, the first acceleration sensor and the eleventh adder are connected in series, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor and to the second input of the fourth multiplication unit, and its output to the second input of the fifth multiplication block, the output of the mass sensor being connected to the second inputs of the fourth and fifth adders, the output of the second multiplication block to the fourth input of the third adder, and the output of the fourth adder to the second input of the third block of multiplication, while the first and second functional converters implement the sin function, and the third and fourth functional converters - the cos function, characterized in that it is additionally introduced in series with the third signal master and the twelfth adder, the second input of which is connected to the output mass sensor, and the output to the fifth input of the third adder.
RU2004131937/09A 2004-11-01 2004-11-01 Self-tuning electric drive of a robot RU2272314C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004131937/09A RU2272314C1 (en) 2004-11-01 2004-11-01 Self-tuning electric drive of a robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004131937/09A RU2272314C1 (en) 2004-11-01 2004-11-01 Self-tuning electric drive of a robot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2272314C1 true RU2272314C1 (en) 2006-03-20

Family

ID=36117362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004131937/09A RU2272314C1 (en) 2004-11-01 2004-11-01 Self-tuning electric drive of a robot

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2272314C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451593C2 (en) * 2009-03-24 2012-05-27 Олег Владимирович Толстель Automatic system for controlling movement of mobile object and method for automatic control of movement of mobile object

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451593C2 (en) * 2009-03-24 2012-05-27 Олег Владимирович Толстель Automatic system for controlling movement of mobile object and method for automatic control of movement of mobile object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2394674C2 (en) Self-adaptive electric drive of robot
RU2423224C2 (en) Robot electric drive
RU2372186C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulation robot
RU2272314C1 (en) Self-tuning electric drive of a robot
RU2325268C1 (en) Control of robotic machine drive
RU2372638C1 (en) Self-tuning electric drive for manipulation robot
RU2425746C2 (en) Robot electrical drive
RU2359306C2 (en) Self-adapting electric drive of robot
RU2272313C1 (en) Self-tuning electric drive of a robot
RU2363972C2 (en) Robot self-adaptive electric drive
RU2423225C1 (en) Robot electric drive
RU2277258C1 (en) Self-adjusting electric motor for a robot
RU2398672C1 (en) Robot electric drive
RU2208242C1 (en) Self-adjusting electric drive of robot
RU2380215C1 (en) Self-tuning electric drive of robot
RU2478465C1 (en) Manipulator electric drive
RU2212329C1 (en) Device for control of robot drive
RU2424894C1 (en) Robot electric drive
RU2066626C1 (en) Robot drive control device
RU2443543C1 (en) Manipulator electric drive
RU2193480C1 (en) Device controlling robot drive
RU2345885C1 (en) Robot drive control device
RU2257288C1 (en) Device for control of robot actuator
RU2705737C1 (en) Self-tuning electric manipulator drive
RU2189306C2 (en) Apparatus for controlling drive mechanism of robot

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20061102