RU2398672C1

RU2398672C1 - Robot electric drive

Info

Publication number: RU2398672C1
Application number: RU2009108766/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Федорович Филаретов (RU); Владимир Федорович Филаретов
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-09-10

Abstract

FIELD: physics, robotics.

SUBSTANCE: invention relates to robotics and can be used in designing robot electric drives. The electric drive has series-connected first multiplier, first adder, amplifier and motor. The first velocity sensor is directly connected to the motor which is connected through a reduction gear to the first position sensor. Output of the first position sensor is connected to the first input of the second adder which is connected by the second input to the input of the device. The device has series-connected second position sensor, third adder whose input is connected to the output of the first signal selector and a fourth adder. The second input of the fourth adder is connected to the output of the second signal selector.

EFFECT: high dynamic accuracy of the electric drive of given robot axis and stable high quality of control in any operation mode.

2 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов роботов.The invention relates to robotics and can be used to create electric drives of robots.

Известно 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, 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 третьему входу шестого сумматора, и восьмой блок умножения, второй вход которого через третий синусный функциональный преобразователь соединен с выходом первого датчика положения, 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, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу восьмого блока умножения и десятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика ускорения, а выход - с шестым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные пятый косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, одиннадцатый сумматор, второй вход которого через последовательно соединенные шестой косинусный функциональный преобразователь и двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, соединен с выходом девятого сумматора, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика ускорения, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора (см. патент России №2272312, БИ №8, 2006 г.).A device for controlling a robot drive is known, comprising 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 to the first position sensor, output which is connected to the second input of the first adder, the second speed sensor, the second multiplication unit, the third multiplication unit and the fourth adder, the second input to which is connected to the second input of the second adder and the output of the first speed sensor, the third input to 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 to the second input of the third adder, the mass sensor and the fifth connected in series an adder, 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 second position sensor connected in series, the first cosine functional converter a developer, a fourth multiplication unit, a sixth adder, the second input of which is connected to the output of the second signal generator, 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, the third signal adjuster, the seventh adder connected in series , the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the sixth multiplication unit, the second input of which through the second sine functional converter is connected to the output of the second position sensor, and the output is to the second input of the second multiplication block, the second input of the fourth multiplication block connected to the output of the seventh adder, its output to the third input of the fifth adder, the fifth input of the fourth adder through the seventh multiplication block, the second input of which is connected to the output of the second multiplication block, connected to the output the second speed sensor, connected in series with the fourth signal setter, the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor and the third input of the sixth adder, and the eighth multiplication unit, the second the input of which through the third sine functional converter is connected to the output of the first position sensor, 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, the tenth adder, the second input of which is connected to the output of the eighth multiplication block and the tenth multiplication block, the second input of which o connected to the output of the second acceleration sensor, and the output to the sixth input of the fourth adder, the fifth cosine functional converter connected in series, the input of which is connected to the output of the first position sensor, the eleventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the eighth adder, the eleventh adder, the second whose input is connected in series through the sixth cosine functional converter and the twelfth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the seventh adder a, connected to the output of the ninth adder, and the thirteenth multiplication block, the second input of which is connected to the output of the third acceleration sensor, and the output to the seventh input of the fourth adder (see Russian patent No. 2272312, BI No. 8, 2006).

Его недостатком является то, что в нем отсутствует полная инвариантность динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным изменениям его моментных нагрузочных характеристик, поскольку в нем рассматривается робот с другой кинематической схемой.Its disadvantage is that it lacks the complete invariance of the dynamic properties of the drive in question to continuous changes in its moment load characteristics, since it considers a robot with a different kinematic scheme.

Известно также устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый блок умножения и первый сумматор, последовательно подключенные усилитель и двигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, четвертый сумматор, первый квадратор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу третьего блока умножения, а выход - к первому входу пятого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика постоянного сигнала, а третьим входом - с выходом второго квадратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу шестого сумматора, соединенного выходом с первым входом четвертого блока умножения, а вторым входом - с выходом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика постоянного сигнала, выход третьего задатчика постоянного сигнала подключен к второму входу третьего сумматора, а выход второго датчика скорости соединен с вторым входом четвертого блока умножения, а также пятый блок умножения, седьмой сумматор и последовательно соединенные релейный блок и восьмой сумматор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выходом соединенного с входом усилителя, выход первого датчика скорости подключен к входу релейного блока, к второму входу восьмого сумматора и первому входу седьмого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора, первый вход пятого блока умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, его второй вход - с выходом первого датчика скорости, а выход - с третьим входом восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик постоянного сигнала, одиннадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом шестого сумматора, и восьмой блок умножения, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости и третий квадратор, выход которого соединен с вторым входом шестого блока умножения, последовательно соединенные третий датчик положения, второй усилитель и первый функциональный преобразователь, выход которого подключен к второму входу седьмого блока умножения, а второй вход восьмого блока умножения через второй функциональный преобразователь соединен с выходом третьего датчика положения (см. авт. св. СССР №1764989, БИ №36, 1992 г.).A device for controlling a robot drive is also known, comprising a first multiplication unit and a first adder connected in series, an amplifier and an engine connected in series, connected directly to the first speed sensor and via a gearbox, to a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the second adder connected to the second input to device input, a second position sensor, a third adder, a fourth adder, a first quadrator and a second multiplication unit, serially connected to the second the course of which is connected to the output of the mass sensor and the first input of the third multiplication unit, and the output to the first input of the fifth adder connected by the second input to the output of the first constant signal generator, and the third input to the output of the second quadrator, the input of which is connected to the output of the third adder and the first input of the sixth adder, connected by the output to the first input of the fourth multiplication unit, and the second input - with the output of the third multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fourth adder, connected by the input with the output of the second constant signal master, the output of the third constant signal master is connected to the second input of the third adder, and the output of the second speed sensor is connected to the second input of the fourth multiplication unit, as well as the fifth multiplication unit, the seventh adder and the relay unit and the eighth adder connected in series, the output of which is connected to the second input of the first adder, the output connected to the input of the amplifier, the output of the first speed sensor is connected to the input of the relay unit, to the second input of the eighth to the first input of the seventh adder, the second input of which is connected to the output of the second adder, and the output to the first input of the first multiplication unit connected by the second input to the output of the fifth adder, the first input of the fifth multiplication unit is connected to the output of the fourth multiplication unit, its second input is with the output of the first speed sensor, and the output with the third input of the eighth adder, the fourth constant signal generator, the ninth adder, the second input of which is connected to the output of the fifth adder, the sixth and the seventh multiplication unit and the tenth adder, the output of which is connected to the fourth input of the eighth adder, the fifth constant signal generator connected in series, the eleventh adder, the second input of which is connected to the output of the sixth adder, and the eighth multiplication unit, the output of which is connected to the second input of the tenth adder, in series connected the third speed sensor and the third quadrator, the output of which is connected to the second input of the sixth multiplication unit, the third position sensor connected in series, the second preamplifier and a first function generator, the output of which is connected to the second input of the seventh multiplier and the second input of the eighth multiplier via a second function generator connected to the output of the third position sensor (see. author St. USSR No. 1764989, BI No. 36, 1992).

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению.This device in its technical essence is the closest to the proposed solution.

Недостатком прототипа также является то, что в нем отсутствует полная инвариантность динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным изменениям его моментных нагрузочных характеристик, поскольку в нем рассматривается робот с другой кинематической схемой, которая имеет меньшее число степеней подвижности.The disadvantage of the prototype is also that it lacks the complete invariance of the dynamic properties of the drive in question to continuous changes in its moment load characteristics, since it considers a robot with a different kinematic scheme that has a lower number of degrees of mobility.

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 конкретного робота с заданной кинематической схемой по всем его степеням подвижности.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 a particular robot moves with a given kinematic scheme for all its degrees of mobility.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение моментного воздействия, необходимого для обеспечения полной инвариантности его показателей качества к непрерывно изменяющимся параметрам нагрузки.The technical result that can be obtained by implementing the proposed technical solution is expressed in the formation of an additional control signal supplied to the input of the electric drive, which provides the momentary effect necessary to ensure the complete invariance of its quality indicators to continuously changing load parameters.

Поставленная задача решается тем, что в электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения, первый сумматор, усилитель и двигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, пятый сумматор, соединенный вторым входом с выходом третьего задатчика сигнала, а третьим входом через квадратор - с выходом третьего сумматора и первым входом шестого сумматора, соединенного вторым входом - с выходом третьего блока умножения, а выходом с первым входом четвертого блока умножения, соединенного вторым входом с выходом второго датчика скорости, а выходом - с первым входом пятого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, первому входу седьмого сумматора, через релейный блок к первому входу восьмого сумматора и ко второму входу восьмого сумматора, причем второй вход седьмого сумматора соединен с выходом второго сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения, третий вход восьмого сумматора соединен с выходом пятого блока умножения, а выход восьмого сумматора подключен ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора и вторым входом первого блока умножения, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик сигнала и одиннадцатый сумматор, а также восьмой блок умножения, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости и третий квадратор, выход которого соединен с вторым входом шестого блока умножения, последовательно соединенные усилитель и синусный функциональный преобразователь, выход которого подключен ко второму входу седьмого блока умножения, а первый вход восьмого блока умножения через косинусный функциональный преобразователь соединен с выходом первого датчика положения и входом усилителя, дополнительно вводятся первый датчик ускорения и девятый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу восьмого блока умножения, его первый и второй входы соединены с выходами шестого и одиннадцатого сумматоров, а второй вход последнего подключен к выходу первого датчика ускорения.The problem is solved in that in the electric drive of the robot, containing the first multiplication unit, the first adder, the amplifier and the motor connected in series with the first speed sensor directly and through the gearbox, with the first position sensor, the output of which is connected to the first input of the second adder connected to the second the input to the input of the device, the second position sensor connected in series, the third adder, the second input of which is connected to the output of the first signal setter, the fourth adder, the second input which is connected to the output of the second signal master, the first quadrator, the second multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the mass sensor and the first input of the third multiplier, the second input of which is connected to the output of the fourth adder, the fifth adder connected to the second input with the output of the third signal master and the third input through a quadrator - with the output of the third adder and the first input of the sixth adder connected by the second input - with the output of the third multiplication block, and with the output with the first input of the fourth block multiplication connected by the second input to the output of the second speed sensor, and the output to the first input of the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the first input of the seventh adder, through the relay unit to the first input of the eighth adder and to the second input of the eighth adder moreover, the second input of the seventh adder is connected to the output of the second adder, and the output is connected to the first input of the first multiplication unit, the third input of the eighth adder is connected to the output of the fifth multiplication unit, and the output of the eighth adder RA is connected to the second input of the first adder, the fourth signal master, the ninth adder, the second input of which is connected to the output of the fifth adder and the second input of the first multiplication unit, the sixth and seventh multiplication units and the tenth adder, the output of which is connected to the fourth input of the eighth adder, are connected in series the fifth signal adjuster and the eleventh adder in series, as well as the eighth multiplication unit, the output of which is connected to the second input of the tenth adder in series, connected in series to a third speed sensor and a third quadrator, the output of which is connected to the second input of the sixth multiplication unit, an amplifier and a sine function converter connected in series, the output of which is connected to the second input of the seventh multiplication unit, and the first input of the eighth multiplication block is connected through the cosine functional converter to the output of the first sensor the position and the input of the amplifier, the first acceleration sensor and the ninth multiplication block are additionally introduced, the output of which is connected to the second input of the eighth block multiplication, its first and second inputs connected to the outputs of the sixth and eleventh adders, the second input of the latter connected to an output of the first acceleration sensor.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствуют 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 indicate its compliance with the criterion of "novelty."

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают высокую точность и устойчивость работы электропривода робота в условиях существенного изменения его параметров нагрузки.At the same time, the distinguishing features of the claims provide high accuracy and stability of the robot electric drive under conditions of a significant change in its load parameters.

На фиг.1 дана блок-схема предлагаемого электропривода робота, а на фиг.2 - кинематическая схема исполнительного органа этого робота.Figure 1 is a block diagram of the proposed robot electric drive, and figure 2 is a kinematic diagram of the executive body of this robot.

Электропривод робота содержит последовательно соединенные первый блок 1 умножения, первый сумматор 2, усилитель 3 и двигатель 4, связанные с первым датчиком 5 скорости непосредственно и через редуктор 6 - с первым датчиком 7 положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 8, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик 9 положения, третий сумматор 10, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика 11 сигнала, четвертый сумматор 12, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика 13 сигнала, первый квадратор 14, второй блок 15 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 16 массы и первому входу третьего блока 20 умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора 12, пятый сумматор 17, соединенный вторым входом с выходом третьего задатчика 18 сигнала, а третьим входом через квадратор 19 - с выходом третьего сумматора 10 и первым входом шестого сумматора 21, соединенного вторым входом - с выходом третьего блока 20 умножения, а выходом с первым входом четвертого блока 22 умножения, соединенного вторым входом с выходом второго датчика 23 скорости, а выходом - с первым входом пятого блока 24 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 5 скорости, первому входу седьмого сумматора 25, через релейный блок 26 к первому входу восьмого сумматора 27 и ко второму входу восьмого сумматора 27, причем второй вход седьмого сумматора 25 соединен с выходом второго сумматора 8, а выход - с первым входом первого блока 1 умножения, третий вход восьмого сумматора 27 соединен с выходом пятого блока 24 умножения, а выход восьмого сумматора 27 подключен ко второму входу первого сумматора 2, последовательно соединенные четвертый задатчик 28 сигнала, девятый сумматор 29, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора 17 и вторым входом первого блока 1 умножения, шестой 30 и седьмой 31 блоки умножения и десятый сумматор 32, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные пятый задатчик 33 сигнала и одиннадцатый сумматор 34, а также восьмой блок 35 умножения, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора 32, последовательно соединенные третий датчик 36 скорости и третий квадратор 37, выход которого соединен с вторым входом шестого блока 30 умножения, последовательно соединенные усилитель 38 и синусный функциональный преобразователь 39, выход которого подключен ко второму входу седьмого блока 31 умножения, а первый вход восьмого блока 35 умножения через косинусный функциональный преобразователь 40 соединен с выходом первого датчика 7 положения и входом усилителя 38, первый датчик 41 ускорения и девятый блок 42 умножения, выход которого подключен ко второму входу восьмого блока 35 умножения, его первый и второй входы соединены, соответственно, с выходами шестого 21 и одиннадцатого 34 сумматоров, а второй вход последнего подключен к выходу первого датчика 41 ускорения. Объект управления 43.The electric drive of the robot contains in series the first multiplication unit 1, the first adder 2, the amplifier 3 and the motor 4 connected directly with the first speed sensor 5 and through the reducer 6 to the first position sensor 7, the output of which is connected to the first input of the second adder 8 connected to the second the input to the input of the device, the second position sensor 9 connected in series, the third adder 10, the second input of which is connected to the output of the first signal setter 11, the fourth adder 12, the second input of which is connected to the output the second signal master 13, the first quadrator 14, the second multiplication unit 15, the second input of which is connected to the output of the mass sensor 16 and the first input of the third multiplication unit 20, the second input of which is connected to the output of the fourth adder 12, the fifth adder 17 connected to the second input with the output of the third signal master 18, and the third input through the quadrator 19 with the output of the third adder 10 and the first input of the sixth adder 21 connected by the second input to the output of the third multiplication unit 20, and multiplied by the output from the first input of the fourth block 22 connected to the second input of the second speed sensor 23, and the output to the first input of the fifth multiplication unit 24, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor 5, the first input of the seventh adder 25, through the relay unit 26 to the first input of the eighth adder 27 and to the second input of the eighth adder 27, the second input of the seventh adder 25 connected to the output of the second adder 8, and the output to the first input of the first block 1 of the multiplication, the third input of the eighth adder 27 connected to the output of the fifth block 24 of the multiplication, and the output of the eighth of the second adder 27 is connected to the second input of the first adder 2, the fourth signal master 28, the ninth adder 29, the second input of which is connected to the output of the fifth adder 17 and the second input of the first multiplication unit 1, the sixth 30 and seventh 31 multiplication units and the tenth adder 32 are connected in series the output of which is connected to the fourth input of the eighth adder 27, the fifth signal adjuster 33 and the eleventh adder 34, as well as the eighth multiplier block 35, the output of which is connected to the second input of the tenth adder 32, connected in series connected in series with a third speed sensor 36 and a third quadrator 37, the output of which is connected to the second input of the sixth multiplication unit 30, serially connected amplifier 38 and a sine function converter 39, the output of which is connected to the second input of the seventh multiplication unit 31, and the first input of the eighth multiplication unit 35 through the cosine functional converter 40 is connected to the output of the first position sensor 7 and the input of the amplifier 38, the first acceleration sensor 41 and the ninth multiplication unit 42, the output of which is connected to oromu entry eighth multiplication block 35, its first and second inputs connected respectively to the outputs of the sixth and eleventh 21 adders 34, and the second input of the latter connected to an output of the first acceleration sensor 41. Management Object 43.

На фиг.1 и 2 введены следующие обозначения: q_вх - сигнал желаемого положения; q₁, q₂, q₃, q₄ - соответствующие обобщенные координаты исполнительного органа робота;

,

- скорости изменения соответствующих обобщенных координат;

- скорость вращения ротора электродвигателя; i_P - передаточное отношение редуктора;

- ускорение в четвертой обобщенной координате; ε - ошибка электропривода (величина рассогласования); m₁, m₂, m_Г - соответственно, массы первого, второго звеньев исполнительного органа и захваченного груза;

- расстояние от оси вращения второго звена до его центра масс при q₃=0; l₂ - расстояние от центра масс второго звена до средней точки охвата; U^*, U - соответственно, усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 5.In Figs. 1 and 2, the following designations are introduced: q _in - signal of the desired position; q ₁ , q ₂ , q ₃ , q ₄ - the corresponding generalized coordinates of the executive body of the robot;

,

- the rate of change of the corresponding generalized coordinates;

- rotational speed of the rotor of the electric motor; i _P - gear ratio;

- acceleration in the fourth generalized coordinate; ε is the error of the electric drive (the value of the mismatch); m ₁ , m ₂ , m _G - respectively, the mass of the first, second links of the executive body and the captured cargo;

- the distance from the axis of rotation of the second link to its center of mass with q ₃ = 0; l ₂ is the distance from the center of mass of the second link to the midpoint of coverage; U ^* , U - respectively, the amplified signal and the control signal of the electric motor 5.

Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки ε сумматора 8 после коррекции в блоках 1, 2, 25, усиливаясь, поступает на электродвигатель 4, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала ε, моментов трения и внешнего моментного воздействия M_В.The device operates as follows. The error signal ε of adder 8, after correction in blocks 1, 2, 25, amplifies, enters the electric motor 4, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration), depending on the magnitude of the incoming signal ε, the friction moments and external torque M _B.

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.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.

Рассматриваемый электропривод управляет обобщенной координатой q₂. Конструкция робота (см. фиг.2) является типовой для промышленных роботов. Моментные характеристики электропривода зависят от изменения координат q₂, q₃,

m_г. В связи с этим для качественного управления координатой q₂ необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q₂, q₃,

а также переменной массы груза m_Г на динамические свойства рассматриваемого электропривода.The drive in question controls the generalized coordinate q ₂ . The design of the robot (see figure 2) is typical for industrial robots. The moment characteristics of the electric drive depend on the change of coordinates q ₂ , q ₃ ,

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 ,

as well as a variable mass of cargo m _G on the dynamic properties of the electric drive in question.

На основе уравнений Лагранжа II рода можно показать, что моментное воздействие на выходной вал электропривода, управляющего координатой q₂, при движении робота (см. фиг.2) с грузом имеет вид:Based on the Lagrange equations of the second kind, it can be shown that the momentary effect on the output shaft of the electric drive that controls the coordinate q ₂ when the robot moves (see figure 2) with a load has the form:

где

Where

где g - ускорение свободного падения, l_N2 - момент инерции второго звена относительно оси, проходящей через его центр масс и перпендикулярной его продольной оси, I_S2 - момент инерции второго звена относительно его продольной оси.where g is the gravitational acceleration, l _N2 is the moment of inertia of the second link relative to the axis passing through its center of mass and perpendicular to its longitudinal axis, I _S2 is the moment of inertia of the second link relative to its longitudinal axis.

С учетом соотношений (1) и (2), а также уравнений электрической

и механической

цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q₂, можно описать следующим дифференциальным уравнениемTaking into account relations (1) and (2), as well as the equations of electric

and mechanical

chains of a constant current electric motor with permanent magnets or independent excitation, the considered electric drive controlling the coordinate q ₂ can be described by the following differential equation

где

R - активное сопротивление якорной цепи электродвигателя; I - момент инерции якоря электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу этого электродвигателя; K_M - коэффициент крутящего момента; К_ω - коэффициент противо-ЭДС; K_B - коэффициент вязкого трения; М_CТР - момент сухого трения; К_у - коэффициент усиления усилителя 3; i - ток якоря электродвигателя.Where

R is the active resistance of the anchor circuit of the electric motor; I is the moment of inertia of the armature of the electric motor and the rotating parts of the gearbox, brought to the shaft of this electric motor; K _M - torque coefficient; To _ω is the coefficient of counter-EMF; K _B is the coefficient of viscous friction; M _CTR - the moment of dry friction; To _y - gain of the amplifier 3; i is the armature current of the electric motor.

Из формул (2) и (3) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, и параметры электропривода, управляющего координатой q₂, являются существенно переменными, зависящими от величин q₂, q₃,

,

, m_Г. B результате в процессе работы электропривода меняются (притом существенно) его динамические свойства. Таким образом, для реализации поставленной задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры рассматриваемого электропривода так, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.From formulas (2) and (3) it can be seen that the parameters of this equation, and therefore the parameters of the electric 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 electric drive, its dynamic properties change (moreover, significantly). Thus, for the implementation of the task it is necessary to form such a corrective device that would stabilize the parameters of the drive in question so that it is described by a differential equation with constant desired parameters.

Первый положительный вход сумматора 25 (со стороны сумматора 8) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления К_ω/К_у. Следовательно, на выходе сумматора 25 формируется сигналThe first positive input of the adder 25 (from the adder 8) has a unity gain, and its second negative input has a gain K _ω / K _y . Therefore, at the output of the adder 25, a signal is generated

.

Положительные входы сумматоров 10 и 12 имеют единичные коэффициенты усиления. Датчик 9 измеряет обобщенную координату q₃, так как его движок механически связан со вторым звеном исполнительного органа робота. Задатчик 11 вырабатывает сигнал

, а задатчик 13 - сигнал l₂. В результате на выходе сумматора 10 формируется сигнал

а на выходе сумматора 12 - сигнал

Датчик 16 измеряет величину m_Г. Поэтому на выходе блока 15 формируется сигнал

а на выходе квадратора 19 - сигнал

С выхода задатчика 18 на второй положительный вход сумматора 17 с единичным коэффициентом усиления поступает сигнал, равный

Поскольку первый (со стороны блока 15) и третий (со стороны квадратора 19) положительные входы сумматора 17, имеют, соответственно, единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный m₂, то на выходе этого сумматора формируется сигнал

(см. (2)), а на выходе блока 1 - сигнал

.The positive inputs of the adders 10 and 12 have unity gain. The sensor 9 measures the generalized coordinate q ₃ , since its engine is mechanically connected with the second link of the executive body of the robot. The setter 11 generates a signal

and the setter 13 is the signal l ₂ . As a result, a signal is generated at the output of the adder 10

and the output of the adder 12 is a signal

The sensor 16 measures the value of m _G. Therefore, at the output of block 15, a signal is generated

and at the output of quadrator 19, a signal

From the output of the setter 18 to the second positive input of the adder 17 with a unity gain signal is equal to

Since the first (from the side of block 15) and third (from the side of quadrator 19) positive inputs of the adder 17 have, respectively, a unity gain and a gain equal to m ₂ , a signal is generated at the output of this adder

(see (2)), and at the output of block 1, a signal

.

На выходе блока 20 формируется сигнал

Первый (со стороны сумматора 10) и второй положительные входы сумматора 21 имеют соответственно коэффициенты усиления 2m₂ и 2. Так как датчик 23 измеряет скорость

перемещения второго звена, относительно первого, то на выходе блока 22 формируется сигнал h (см. (2)), а на выходе блока 24 - сигнал

.At the output of block 20, a signal is generated

The first (from the adder 10) and the second positive inputs of the adder 21 have gains of 2m ₂ and 2, respectively. Since the sensor 23 measures the speed

movement of the second link, relative to the first, the signal h is formed at the output of block 22 (see (2)), and at the output of block 24, a signal

.

Задатчик 28 вырабатывает сигнал

Первый отрицательный (со стороны задатчика 28) и второй положительный входы сумматора 29 имеют коэффициенты усиления 1/2. В результате на выходе сумматора 29 формируется сигналThe setter 28 generates a signal

The first negative (from the side of the setter 28) and the second positive inputs of the adder 29 have a gain of 1/2. As a result, a signal is generated at the output of the adder 29

Датчик 36 установлен в первой степени подвижности исполнительного органа робота и измеряет координату

, усилитель 38 имеет коэффициент усиления 2. В результате на выходе блока 31 формируется сигналThe sensor 36 is installed in the first degree of mobility of the Executive body of the robot and measures the coordinate

, the amplifier 38 has a gain of 2. As a result, a signal is generated at the output of block 31

Датчик 41 установлен в четвертой степени подвижности исполнительного органа робота и измеряет ускорение

. Задатчик 33 вырабатывает сигнал, равный g. Первый и второй положительные входы сумматора 34 имеют коэффициенты усиления, равные 1/2. Поэтому на выходе блока 42 формируется сигнал

На выходе функционального преобразователя 40 формируется сигнал cosq₂, а на выходе блока 35 - сигнал

The sensor 41 is installed in the fourth degree of mobility of the Executive body of the robot and measures the acceleration

. The master 33 generates a signal equal to g. The first and second positive inputs of the adder 34 have gains equal to 1/2. Therefore, a signal is generated at the output of block 42

At the output of the functional converter 40, a signal cosq ₂ is generated, and at the output of block 35, a signal

Положительные входы сумматора 32 имеют единичные коэффициенты усиления, поэтому на его выходе формируется сигнал М_ВН (см. (2)).The positive inputs of the adder 32 have unity gain, therefore, an M _HH signal is generated at its output (see (2)).

Выходной сигнал блока 26 с нулевой нейтральной точкой имеет видThe output signal of block 26 with a zero neutral point has the form

где М_T - величина момента сухого трения при движении.where M _T is the magnitude of the dry friction moment in motion.

Первый (со стороны блока 26), второй (со стороны датчика 5), третий (со стороны блока 24) и четвертый положительные входы сумматора 27, соответственно, имеют следующие коэффициенты усиления - единичный,

,

, 1/i_P.The first (from the side of block 26), the second (from the side of sensor 5), the third (from the side of block 24) and the fourth positive inputs of the adder 27, respectively, have the following amplification factors - single,

,

, 1 / i _P.

В результате на выходе сумматора 27 формируется сигналAs a result, at the output of the adder 27, a signal is generated

Первый (со стороны блока 1) и второй положительные входы сумматора 2, соответственно, имеют коэффициенты усиления

R/(K_МK_у), где l_H - номинальное значение момента инерции электропривода, приведенного к валу электродвигателя. В результате на выходе сумматора 2 формируется сигналThe first (from the side of block 1) and the second positive inputs of the adder 2, respectively, have gains

R / (K _M K _y ), where l _H is the nominal value of the moment of inertia of the electric drive reduced to the motor shaft. As a result, a signal is generated at the output of adder 2

Поскольку при движении электропривода

достаточно точно соответствует М_CТР, то сигнал (4), как несложно убедиться, обеспечивает превращение уравнения (3) с существенно переменными параметрами в уравнение

с номинальными постоянными желаемыми параметрами, обеспечивающими рассматриваемому электроприводу заданные динамические свойства и показатели качества. При этом заранее выбранные значения I_H и К_у обеспечат этому электроприводу заданные динамические свойства и показатели качества.Because when driving an electric drive

quite accurately corresponds to M _CTP , then signal (4), as one can easily see, ensures the transformation of equation (3) with substantially variable parameters into equation

with nominal constant desired parameters providing the drive under consideration with specified dynamic properties and quality indicators. In this case, the pre-selected values of I _H and K _y will provide this drive with specified dynamic properties and quality indicators.

Claims

The electric drive of the robot, containing the first multiplication unit, the first adder, the amplifier and the engine connected in series with the first speed sensor directly and through the gearbox, with the first position sensor, the output of which is connected to the first input of the second adder connected to the device input by the second input, connected in series a second position sensor, a third adder, the second input of which is connected to the output of the first signal setter, a fourth adder, the second input of which is connected to the output of the second a signal sensor, a first quadrator, a second multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the mass sensor and the first input of the third multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fourth adder, the fifth adder connected by the second input to the output of the third signal generator, and the third input through a quadrator - with the output of the third adder and the first input of the sixth adder connected by the second input - with the output of the third multiplication unit, and with the output - with the first input of the fourth multiplication unit, connected by the second input with the output of the second speed sensor, and the output with the first input of the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the first input of the seventh adder, through the relay unit to the first input of the eighth adder and to the second input of the eighth adder, the second input of the seventh the adder is connected to the output of the second adder, and the output is to the first input of the first multiplication unit, the third input of the eighth adder is connected to the output of the fifth multiplication unit, and the output of the eighth adder is connected to the second input of the first an adder connected in series to a fourth signal source, a ninth adder, the second input of which is connected to an output of a fifth adder and a second input of a first multiplication unit, a sixth and seventh multiplication unit and a tenth adder whose output is connected to a fourth input of an eighth adder, connected in a fifth signal source and the eleventh adder, as well as the eighth multiplication unit, the output of which is connected to the second input of the tenth adder, a third speed sensor and a third square connected in series p, the output of which is connected to the second input of the sixth multiplication unit, a serially connected amplifier and a sine function converter, the output of which is connected to the second input of the seventh multiplication unit, and the first input of the eighth multiplication unit through a cosine functional converter is connected to the output of the first position sensor and the input of the amplifier, characterized in that the first acceleration sensor and the ninth multiplication unit, the output of which is connected to the second input of the eighth multiplication unit, are additionally introduced into it, its first and second inputs are connected respectively to the outputs of the sixth and eleventh adders, and the second input of the latter is connected to the output of the first acceleration sensor.