RU2423225C1 - Robot electric drive - Google Patents

Robot electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2423225C1
RU2423225C1 RU2010106872/02A RU2010106872A RU2423225C1 RU 2423225 C1 RU2423225 C1 RU 2423225C1 RU 2010106872/02 A RU2010106872/02 A RU 2010106872/02A RU 2010106872 A RU2010106872 A RU 2010106872A RU 2423225 C1 RU2423225 C1 RU 2423225C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
adder
multiplication unit
series
Prior art date
Application number
RU2010106872/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Федорович Филаретов (RU)
Владимир Федорович Филаретов
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ 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 Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН)
Priority to RU2010106872/02A priority Critical patent/RU2423225C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2423225C1 publication Critical patent/RU2423225C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics, robotics.
SUBSTANCE: invention relates to robotics, particularly robot drives. according to the invention, the drive additionally includes series-connected fourth sine function generator, whose input is connected to the output of a position sensor, a tenth multiplier unit, the second input of which is connected to the output of a ninth adder, an eleventh multiplier unit, the second input of which is connected to the output of an acceleration sensor and a twelfth multiplier unit, the second input of which is connected to the output of a second function generator and the output to the fifth input of a second adder.
EFFECT: high dynamic accuracy of the electric drive with given degree of freedom of the actuating device of the robot.
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 unit, the second input of the fourth multiplication unit connected to the output of the seventh adder, its output to the third input of the fifth adder, the fifth input of the fourth adder through the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second multiplication unit, 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 здесь рассматривается робот с другой кинематической схемой.Its disadvantage is that it lacks the complete invariance of the dynamic properties of the drive under consideration to continuous changes in its moment load characteristics, since a robot with a different kinematic scheme is considered here.

Известно также устройство для управления приводом робота, содержащее первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения, второй сумматор, последовательно соединенные первый усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, первый квадратор, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика постоянного сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика постоянного сигнала, второй блок умножения и шестой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, второй усилитель, первый функциональный преобразователь и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к входу второго усилителя, второй квадратор, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, и седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого задатчика постоянного сигнала, его третий вход через последовательно соединенные третий функциональный преобразователь и третий квадратор - к входу второго усилителя, последовательно соединенный пятый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу девятого сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора, его второй вход - к выходу девятого сумматора, вторым входом подключенного к выходу пятого блока умножения, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, а выход - с вторым входом шестого сумматора, а также девятый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора, десятый сумматор, релейный элемент, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, а вход - к выходу первого датчика скорости, третьему входу второго сумматора и первому входу девятого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, причем первый вход десятого сумматора подключен к выходу первого сумматора, его второй вход - к выходу первого датчика скорости, а выход - к первому входу первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход второго сумматора соединен с входом первого усилителя (см. патент России №2028931, БИ №5, 1995 г.).A device for controlling a robot drive is also known, comprising a first adder, a first multiplication unit connected in series, a second adder, a first amplifier connected in series, an electric motor connected directly to the first speed sensor and via a gearbox with a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the first the adder, the second input of which is connected to the input of the device, the second position sensor is connected in series, the third adder, the second input of which is connected to the output the first constant signal generator, the first quadrator, the fourth adder, the second input of which is connected to the output of the second constant signal generator, the fifth adder, the second input of which is connected to the output of the third constant signal generator, the second multiplication unit and the sixth adder, connected in series with the third position sensor, a second amplifier, a first functional converter and a third multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor, and the output is intelligently connected to the second input of the second unit are connected in series to the second functional converter, the input of which is connected to the input of the second amplifier, the second quadrator, the fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fourth adder, and the seventh adder, the second input of which is connected to the output of the fourth constant signal generator, its third input through the third functional converter and the third quadrator connected in series to the input of the second amplifier, the fifth constant signal generator connected in series, eight my adder, the second input of which is connected to the output of the third adder and the first input of the ninth adder, the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the eighth adder, and the output to the third input the fourth adder, sequentially connected to the seventh multiplication unit, the first input of which is connected to the output of the second quadrator, its second input to the output of the ninth adder, the second input connected to the output of the fifth multiplication unit, and the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the third speed sensor, and the output to the second input of the sixth adder, as well as the ninth multiplication unit, the output of which is connected to the fourth input of the second adder, the tenth adder, the relay element, the output of which is connected to the second input the second adder, and the input to the output of the first speed sensor, the third input of the second adder and the first input of the ninth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sixth adder, the first input of the tenth adder sub is connected to the output of the first adder, its second input to the output of the first speed sensor, and the output to the first input of the first multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the seventh adder, and the output of the second adder is connected to the input of the first amplifier (see Russian patent No. 2028931, BI No. 5, 1995).

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 формирование 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 claimed technical solution is expressed in the formation of an additional control signal supplied to the input of the electric drive, which provides the formation of 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 первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, первый квадратор, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика сигнала, второй блок умножения и шестой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, второй усилитель, первый синусный функциональный преобразователь, и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные второй косинусный функциональный преобразователь, второй квадратор, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, и седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого задатчика сигнала, а третий вход через последовательно соединенные третий синусный функциональный преобразователь и третий квадратор - к входам второго усилителя и второго функционального преобразователя, последовательно соединенный пятый задатчик сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу девятого сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора, второй вход - к выходу девятого сумматора, вторым входом подключенного к выходу пятого блока умножения, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, а выход - с вторым входом шестого сумматора, выход которого подключен к первому входу девятого блока умножения, соединенного выходом с четвертым входом второго сумматора, а вторым входом - с выходом первого датчика скорости, со вторым и через релейный элемент - с третьим входами второго сумматора, а также со вторым входом десятого сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, дополнительно вводятся последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразовтель,вход которого подключен к выходу первого датчика положения, десятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом девятого сумматора, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика ускорения, и двенадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, а выход - с пятым входом второго сумматора.The problem is solved in that in the electric drive of the robot containing the first adder, the first multiplication unit, the second adder, the first amplifier, the electric motor connected to 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 first the adder, the second input of which is connected to the input of the device, the second position sensor is connected in series, the third adder, the second input of which is connected to the output of the first signal generator la, the first quadrator, the fourth adder, the second input of which is connected to the output of the second signal setter, the fifth adder, the second input of which is connected to the output of the third signal setter, the second multiplication unit and the sixth adder, in series the third position sensor, the second amplifier, the first sine functional a converter, and a third multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor, and the output to the second input of the second multiplication unit, connected in series to the second cosine a functional converter, a second quadrator, a fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fourth adder, and a seventh adder, the second input of which is connected to the output of the fourth signal setter, and the third input through series-connected third sine function converter and the third quadrator to the inputs of the second an amplifier and a second functional converter, a fifth signal adjuster connected in series, an eighth adder, the second input of which is connected to the output of the third sum the first input of the ninth adder, the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the eighth adder, and the output to the third input of the fourth adder, connected in series to the seventh multiplication unit, the first the input of which is connected to the output of the second quadrator, the second input is to the output of the ninth adder, the second input is connected to the output of the fifth multiplication block, and the eighth multiplication block, the second input of which is connected to the output of the third speed sensor, and the output with the second input of the sixth adder, the output of which is connected to the first input of the ninth multiplication unit, connected by the output to the fourth input of the second adder, and the second input with the output of the first speed sensor, with the second and through the relay element with third inputs the second adder, as well as with the second input of the tenth adder, the first input of which is connected to the output of the first adder, and the output to the first input of the first multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the seventh adder, additionally the fourth sine functional converter is connected in series, the input of which is connected to the output of the first position sensor, the tenth multiplication block, the second input of which is connected to the output of the ninth adder, the eleventh multiplication block, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the twelfth multiplication block, the second input which is connected to the output of the second functional converter, and the output to the fifth input of the second adder.

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 рассматриваемого 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 electric drive of the robot in question 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 electric drive of the robot, and figure 2 is a kinematic diagram of the executive body of this robot.

Электропривод робота содержит первый сумматор 1, последовательно соединенные первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, первый усилитель 4, электродвигатель 5, связанный с первым датчиком 6 скорости непосредственно и через редуктор 7 - с первым датчиком 8 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные второй датчик 9 положения, третий сумматор 10, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика 11 сигнала, первый квадратор 12, четвертый сумматор 13, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика 14 сигнала, пятый сумматор 15, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика 16 сигнала, второй блок 17 умножения и шестой сумматор 18, последовательно соединенные третий датчик 19 положения, второй усилитель 20, первый синусный функциональный преобразователь и третий блок 22 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 23 скорости, а выход - к второму входу второго блока 17 умножения, последовательно соединенные второй косинусный функциональный преобразователь 24, второй квадратор 25, четвертый блок 26 умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора 13, и седьмой сумматор 27, второй вход которого подключен к выходу четвертого задатчика 28 сигнала, а третий вход через последовательно соединенные третий синусный функциональный преобразователь 29 и третий квадратор 30 - к входам второго усилителя 20 и второго функционального преобразователя 24, последовательно соединенный пятый задатчик 31 сигнала, восьмой сумматор 32, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора 10 и первому входу девятого сумматора 33, пятый блок 34 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 35 массы, и шестой блок 36 умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора 32, а выход - к третьему входу четвертого сумматора 13, последовательно соединенные седьмой блок 37 умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора 25, второй вход - к выходу девятого сумматора 33, вторым входом подключенного к выходу пятого блока 34 умножения, и восьмой блок 38 умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика 39 скорости, а выход - с вторым входом шестого сумматора 18, выход которого подключен к первому входу девятого блока 40 умножения, соединенного выходом с четвертым входом второго сумматора 3, а вторым входом - с выходом первого датчика 6 скорости, со вторым и через релейный элемент 42 - с третьим входами второго сумматора 3, а также со вторым входом десятого сумматора 41, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора 1, а выход - с первым входом первого блока 2 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 27, последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразователь 43, вход которого подключен к выходу первого датчика 8 положения, десятый блок 44 умножения, второй вход которого соединен с выходом девятого сумматора 33, одиннадцатый блок 45 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 46 ускорения, и двенадцатый блок 47 умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя 24, а выход - с пятым входом второго сумматора 3.The robot electric drive contains a first adder 1, a first multiplication unit 2, a second adder 3, a first amplifier 4, an electric motor 5 connected directly to the first speed sensor 6 directly and through a reducer 7 with a first position sensor 8, the output of which is connected to the first input of the first adder 1, the second input of which is connected to the input of the device, the second position sensor 9 is connected in series, the third adder 10, the second input of which is connected to the output of the first signal setter 11, the first quadrator 12, four the fourth adder 13, the second input of which is connected to the output of the second signal setter 14, the fifth adder 15, the second input of which is connected to the output of the third signal setter 16, the second multiplication unit 17 and the sixth adder 18, connected in series with the third position sensor 19, the second amplifier 20, the first sine functional converter and the third multiplication unit 22, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor 23, and the output to the second input of the second multiplication unit 17, the second cosine function connected in series the first converter 24, the second quadrator 25, the fourth multiplication unit 26, the second input of which is connected to the output of the fourth adder 13, and the seventh adder 27, the second input of which is connected to the output of the fourth signal setter 28, and the third input through series-connected third sine functional converter 29 and the third quadrator 30 - to the inputs of the second amplifier 20 and the second functional converter 24, the fifth signal adjuster 31, the eighth adder 32, the second input of which is connected to the output of the the fifth adder 10 and the first input of the ninth adder 33, the fifth multiplication unit 34, the second input of which is connected to the output of the mass sensor 35, and the sixth multiplication unit 36, the second input of which is connected to the output of the eighth adder 32, and the output to the third input of the fourth adder 13 connected in series to the seventh multiplication unit 37, the first input of which is connected to the output of the second quadrator 25, the second input to the output of the ninth adder 33, the second input connected to the output of the fifth multiplication unit 34, and the eighth multiplication unit 38, the second input of which o connected to the output of the third speed sensor 39, and the output to the second input of the sixth adder 18, the output of which is connected to the first input of the ninth multiplying unit 40, connected to the fourth input of the second adder 3, and the second input to the output of the first speed sensor 6, with the second and through the relay element 42 - with the third inputs of the second adder 3, as well as with the second input of the tenth adder 41, the first input of which is connected to the output of the first adder 1, and the output - with the first input of the first multiplication unit 2, the second input of which is connected to the output of the seventh adder 27, the fourth sine function converter 43 connected in series, the input of which is connected to the output of the first position sensor 8, the tenth multiplication unit 44, the second input of which is connected to the output of the ninth adder 33, the eleventh multiplication unit 45, the second input of which is connected to the sensor output 46 acceleration, and the twelfth multiplication unit 47, the second input of which is connected to the output of the second functional Converter 24, and the output to the fifth input of the second adder 3.

На фиг.1 и 2 введены следующие обозначения: qвх - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки привода; U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 5; q1, q2, q3, q4 - соответствующие обобщенные координаты исполнительного органа робота;In figures 1 and 2, the following notation is introduced: q in - signal from the output of the software device; ε is the drive error signal; U *, U - respectively, the amplified signal and the control signal of the motor 5; q 1 , q 2 , q 3 , q 4 - the corresponding generalized coordinates of the executive body of the robot;

Figure 00000001
,
Figure 00000002
- скорости изменения соответствующих обобщенных координат;
Figure 00000003
- скорость вращения ротора электродвигателя;
Figure 00000004
- ускорение четвертой обобщенной координаты; m1, m2, mГ - соответственно, массы первого, второго звеньев исполнительного органа и захваченного груза;
Figure 00000005
- расстояние от оси вращения второго звена до его центра масс при q3=0; l2 - расстояние от центра масс второго звена до средней точки схвата.
Figure 00000001
,
Figure 00000002
- the rate of change of the corresponding generalized coordinates;
Figure 00000003
- rotational speed of the rotor of the electric motor;
Figure 00000004
- acceleration of the fourth generalized coordinate; m 1 , m 2 , m G - respectively, the mass of the first, second links of the executive body and the captured cargo;
Figure 00000005
- 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 the grip.

В изобретении рассматривается электропривод робота, обеспечивающий вращение исполнительного органа относительно вертикальной оси. То есть он управляет обобщенной координатой q1.The invention considers an electric drive of the robot, providing rotation of the actuator relative to the vertical axis. That is, it controls the generalized coordinate q 1 .

Устройство работает следующим образом. На вход подается управляющее воздействие qBX, обеспечивающее требуемый закон управления электроприводом. При этом на выходе сумматора 1 вырабатывается сигнал ошибки 8, который после коррекции в блоках 2, 3 и 41, усиливаясь, поступает на электродвигатель 5 с редуктором, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала и внешнего моментного воздействия MВ.The device operates as follows. The control action q BX is applied to the input, providing the required law of electric drive control. At the same time, an error signal 8 is generated at the output of adder 1, which, after correction in blocks 2, 3, and 41, amplifies and enters an electric motor 5 with a reducer, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration), depending on the value of the incoming signal and an external torque M in impact.

Рассматриваемый 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. Моментные характеристики электропривода зависят от изменения координат q1, q2, q3,

Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
, mГ. В связи с этим для качественного управления координатой q1 необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q1, q2, q3,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
, а также переменной массы груза mГ на динамические свойства рассматриваемого электропривода.The electric drive under consideration 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. The moment characteristics of the electric drive depend on a change in coordinates q 1 , q 2 , q 3 ,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
, m G. In this regard, for quality control of the coordinate q 1 it is necessary to accurately compensate for the negative impact of changes in the coordinates q 1 , q 2 , q 3 ,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
,
Figure 00000011
, as well as a variable mass of cargo m G on the dynamic properties of the drive in question.

Датчики 8, 19 и 9 установлены соответственно в первой, второй и третьей степенях подвижности исполнительного органа (см. фиг.2) и измеряют величины q1, q2 и q3, соответственно. Датчики 6, 23 и 39 также установлены соответственно в первой, второй и третьей степенях подвижности исполнительного органа (см. фиг.2) и измеряют величины

Figure 00000012
,
Figure 00000013
и
Figure 00000014
, соответственно, датчик 46 - в четвертой степени подвижности исполнительного органа и измеряет величину
Figure 00000015
.Sensors 8, 19 and 9 are installed respectively in the first, second and third degrees of mobility of the executive body (see figure 2) and measure the values of q 1 , q 2 and q 3 , respectively. Sensors 6, 23 and 39 are also installed respectively in the first, second and third degrees of mobility of the executive body (see figure 2) and measure the values
Figure 00000012
,
Figure 00000013
and
Figure 00000014
, accordingly, the sensor 46 is in the fourth degree of mobility of the Executive body and measures the value
Figure 00000015
.

На выходе квадраторов 30 и 25 формируются сигналы sin2q2, cos2q2.At the output of the squares 30 and 25, signals sin 2 q 2 , cos 2 q 2 are formed .

Усилитель 20 имеет коэффициент усиления, равный 2. Следовательно, на выходе блока 22 формируется сигнал

Figure 00000016
sin2q2.The amplifier 20 has a gain of 2. Therefore, a signal is generated at the output of block 22
Figure 00000016
sin2q 2 .

Задатчики 11 и 31 формируют сигналы

Figure 00000017
, 12, соответственно. Положительные входы сумматоров 10 и 32 имеют единичные коэффициенты усиления. Следовательно, на их выходах соответственно формируются сигналы
Figure 00000018
+q3 и
Figure 00000019
+q3+l2, на выходах квадратора 12 и блока 34 - сигналы
Figure 00000020
,
Figure 00000021
, соответственно, а на выходе блока 36 - сигнал
Figure 00000022
, так как датчик 35 измеряет массу захваченного груза mг.Actuators 11 and 31 generate signals
Figure 00000017
, 1 2 , respectively. The positive inputs of the adders 10 and 32 have unity gain. Consequently, signals are generated at their outputs
Figure 00000018
+ q 3 and
Figure 00000019
+ q 3 + l 2 , at the outputs of the quadrator 12 and block 34 - signals
Figure 00000020
,
Figure 00000021
, respectively, and at the output of block 36, a signal
Figure 00000022
since the sensor 35 measures the mass of the captured cargo m g .

Задатчик 14 подает на второй положительный вход сумматора 13 с единичным коэффициентом усиления сигнал, равный JN2, третий (со стороны блока 36) и первый положительные входы сумматора 13 имеют коэффициенты усиления, соответственно равные единице и m2. В результате на выходе блока 26 формируется сигнал

Figure 00000023
, где JN2 - момент инерции второго звена исполнительного органа относительно поперечной оси, проходящей через его центр масс.The master 14 delivers a signal equal to J N2 to the second positive input of the adder 13 with a unity gain, the third (from the side of the block 36) and the first positive inputs of the adder 13 have gains equal to unity and m 2 . As a result, a signal is generated at the output of block 26
Figure 00000023
where J N2 is the moment of inertia of the second link of the executive body relative to the transverse axis passing through its center of mass.

Задатчик 28 подает на второй положительный вход сумматора 27, имеющий единичный коэффициент усиления, сигнал, равный

Figure 00000024
, где J - момент инерции ротора электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу электродвигателя; ip - передаточное отношение редуктора 7. Третий (со стороны квадратора 30) и первый положительные входы этого сумматора соответственно имеют коэффициенты усиления, равные Js2 и единице. В результате на выходе сумматора 27 формируется сигнал
Figure 00000025
The setter 28 delivers to the second positive input of the adder 27 having a unit gain, a signal equal to
Figure 00000024
where J is the moment of inertia of the rotor of the electric motor and the rotating parts of the gearbox, reduced to the shaft of the electric motor; i p is the gear ratio of the gear 7. The third (from the side of the squared 30) and the first positive inputs of this adder, respectively, have gains equal to J s2 and unity. As a result, at the output of the adder 27, a signal is generated
Figure 00000025

Figure 00000026
Figure 00000026

На выходе задатчика 16 формируется сигнал Js2. Первый отрицательный (со стороны сумматора 13) и второй положительный входы сумматора 15 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе блока 17 формируется сигнал

Figure 00000027
.At the output of the setter 16, a signal J s2 is generated. The first negative (from the adder 13) and the second positive inputs of the adder 15 have unity gains. As a result, a signal is generated at the output of block 17
Figure 00000027
.

Второй (со стороны блока 34) и первый положительные входы сумматора 33 соответственно имеют коэффициенты усиления, равные 2 и 2m2. В результате на выходе сумматора 33 формируется сигнал

Figure 00000028
, на выходе блока 38 - сигналThe second (from the side of block 34) and the first positive inputs of the adder 33, respectively, have gains equal to 2 and 2m 2 . As a result, a signal is generated at the output of the adder 33
Figure 00000028
, the output of block 38 is a signal

Figure 00000029
Figure 00000029

на выходе блока 44 - сигнал

Figure 00000030
а на выходе блока 47 - сигнал
Figure 00000031
at the output of block 44, a signal
Figure 00000030
and at the output of block 47, a signal
Figure 00000031

Положительные входы сумматора 18 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе блока 40 формируется сигнал

Figure 00000032
.The positive inputs of the adder 18 have unity gain. As a result, a signal is generated at the output of block 40
Figure 00000032
.

Первый положительный (со стороны сумматора 1) и второй отрицательный входы сумматора 41 соответственно имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный Kω/Ky. В результате на его выходе формируется сигналThe first positive (from the adder 1 side) and the second negative inputs of the adder 41 respectively have a unity gain and a gain equal to K ω / K y . As a result, a signal is generated at its output.

Figure 00000033
,
Figure 00000033
,

а на выходе блока 2 - сигнал

Figure 00000034
где Kω, Ky - соответственно коэффициент противо-ЭДС электродвигателя 5 и коэффициент усиления усилителя 4.and at the output of block 2 - a signal
Figure 00000034
where K ω , K y - respectively, the coefficient of counter-EMF of the electric motor 5 and the gain of the amplifier 4.

Первый (со стороны блока 2), второй (со стороны датчика 6), третий (со стороны релейного элемента 42), четвертый (со стороны блока 40) положительные и пятый отрицательный входы сумматора 3 имеют коэффициенты усиления, равные

Figure 00000035
,
Figure 00000036
,
Figure 00000037
,
Figure 00000038
,
Figure 00000039
,соответственно, где R - активное сопротивление якорной обмотки электродвигателя 5, JH - номинальное значение приведенного к валу электродвигателя 5 момента инерции, KB - коэффициент вязкого трения, KM - коэффициент крутящего момента электродвигателя 5. В результате на выходе сумматора 3 формируется сигналThe first (from the side of block 2), the second (from the side of sensor 6), the third (from the side of the relay element 42), the fourth (from the side of block 40) the positive and fifth negative inputs of the adder 3 have gains equal to
Figure 00000035
,
Figure 00000036
,
Figure 00000037
,
Figure 00000038
,
Figure 00000039
, respectively, where R is the active resistance of the armature winding of the electric motor 5, J H is the nominal value of the moment of inertia reduced to the shaft of the electric motor 5, K B is the coefficient of viscous friction, K M is the torque coefficient of electric motor 5. As a result, a signal is generated at the output of adder 3

Figure 00000040
Figure 00000040

т.к. релейный элемент 42 имеет характеристикуbecause relay element 42 has the characteristic

Figure 00000041
Figure 00000041

где MT>0 - величина сухого трения движения.where M T > 0 is the magnitude of the dry friction of motion.

Из уравнения Лагранжа 2 рода несложно определить, что моментное воздействие MB на рассматриваемый электропривод со стороны других степеней подвижности исполнительного органа робота имеют видFrom the Lagrange equation of the 2nd kind, it is easy to determine that the momentary effect of M B on the drive in question from the other degrees of mobility of the robot's actuator has the form

Figure 00000042
Figure 00000042

С учетом соотношения (2), а также уравнений электрической

Figure 00000043
и механическойTaking into account relation (2), as well as the equations of electric
Figure 00000043
and mechanical

Figure 00000044
Figure 00000044

цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q1, можно описать дифференциальным уравнениемchains of a direct current electric motor with permanent magnets or independent excitation, the considered electric drive controlling the coordinate q 1 can be described by the differential equation

Figure 00000045
Figure 00000045

где MCTP - момент сухого трения, приведенный к валу электродвигателя, i - ток в якорной обмотке электродвигателя. Причем

Figure 00000046
where M CTP is the dry friction moment reduced to the motor shaft, i is the current in the armature winding of the electric motor. Moreover
Figure 00000046

Очевидно, что уравнение (3) при движении исполнительного органа робота за счет существенного изменения составляющих A, B, C и P имеет переменные параметры, следовательно, электропривод, описываемый этим уравнением, имеет переменные динамические свойства и качественные показатели. Однако сформированный сигнал управления U*(1) обеспечивает превращение дифференциального уравнения нагруженного электропривода (3) с существенно переменными параметрами в уравнение с номинальными постоянными параметрами

Figure 00000047
, обеспечивающими рассматриваемому электроприводу заданные динамические свойства и качественные показатели работы.It is obvious that equation (3) during the movement of the executive body of the robot due to a significant change in the components A, B, C and P has variable parameters, therefore, the electric drive described by this equation has variable dynamic properties and quality indicators. However, the generated control signal U * (1) provides the transformation of the differential equation of the loaded electric drive (3) with substantially variable parameters into an equation with nominal constant parameters
Figure 00000047
that provide the drive with the specified dynamic properties and quality performance.

Claims (1)

Электропривод робота, содержащий первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, первый квадратор, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика сигнала, второй блок умножения и шестой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, второй усилитель, первый синусный функциональный преобразователь и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные второй косинусный функциональный преобразователь, второй квадратор, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, и седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого задатчика сигнала, а третий вход через последовательно соединенные третий синусный функциональный преобразователь и третий квадратор - к входам второго усилителя и второго функционального преобразователя, последовательно соединенный пятый задатчик сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу девятого сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора, второй вход - к выходу девятого сумматора, вторым входом подключенного к выходу пятого блока умножения, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, а выход - с вторым входом шестого сумматора, выход которого подключен к первому входу девятого блока умножения, соединенного выходом с четвертым входом второго сумматора, а вторым входом - с выходом первого датчика скорости, со вторым и через релейный элемент - с третьим входами второго сумматора, а также со вторым входом десятого сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, десятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом девятого сумматора, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика ускорения, и двенадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, а выход - с пятым входом второго сумматора. A robot electric drive comprising a first adder, a first multiplication unit, a second adder, a first amplifier, a first amplifier, an electric motor connected directly to the first speed sensor and through a gearbox with a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the first adder, the second input of which is connected 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 first quadrator, the fourth total the second input of which is connected to the output of the second signal generator, the fifth adder, the second input of which is connected to the output of the third signal generator, the second multiplication unit and the sixth adder, the third position sensor connected in series, the second amplifier, the first sine function converter and the third multiplication unit, the second whose input is connected to the output of the second speed sensor, and the output to the second input of the second multiplication unit, the second cosine functional converter, the second connected in series a quadrator, a fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fourth adder, and a seventh adder, the second input of which is connected to the output of the fourth signal setter, and the third input, through the third sinusoidal converter and the third quadrator, connected in series to the inputs of the second amplifier and the second functional a converter, a fifth signal adjuster connected in series, an eighth adder, the second input of which is connected to the output of the third adder and the first input of the ninth adder a, the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the eighth adder, and the output - to the third input of the fourth adder, in series the seventh multiplication unit, the first input of which is connected to the output the second quadrator, the second input to the output of the ninth adder, the second input connected to the output of the fifth multiplication block, and the eighth multiplication block, the second input of which is connected to the output of the third speed sensor, and the output to the second input m of the sixth adder, the output of which is connected to the first input of the ninth multiplication unit, connected by the output to the fourth input of the second adder, and the second input to the output of the first speed sensor, to the second and through the relay element to the third inputs of the second adder, and also to the second input the tenth adder, the first input of which is connected to the output of the first adder, and the output - with the first input of the first multiplication block, the second input of which is connected to the output of the seventh adder, characterized in that the last the fourth sine functional converter, the input of which is connected to the output of the first position sensor, the tenth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the ninth adder, the eleventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the twelfth multiplication unit, the second input of which connected to the output of the second functional converter, and the output to the fifth input of the second adder.
RU2010106872/02A 2010-02-24 2010-02-24 Robot electric drive RU2423225C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010106872/02A RU2423225C1 (en) 2010-02-24 2010-02-24 Robot electric drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010106872/02A RU2423225C1 (en) 2010-02-24 2010-02-24 Robot electric drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2423225C1 true RU2423225C1 (en) 2011-07-10

Family

ID=44740196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010106872/02A RU2423225C1 (en) 2010-02-24 2010-02-24 Robot electric drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2423225C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488480C1 (en) * 2012-02-22 2013-07-27 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Robot electric drive
RU2606372C1 (en) * 2015-07-29 2017-01-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Self-adjusting electric drive of manipulator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488480C1 (en) * 2012-02-22 2013-07-27 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Robot electric drive
RU2606372C1 (en) * 2015-07-29 2017-01-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Self-adjusting electric drive of manipulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2394674C2 (en) Self-adaptive electric drive of robot
RU2631784C1 (en) Self-adjusting electric drive of manipulator
RU2423224C2 (en) Robot electric drive
RU2372186C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulation robot
RU2423225C1 (en) Robot electric drive
RU2593735C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulation robot
RU2489250C1 (en) Robot electric drive
RU2372638C1 (en) Self-tuning electric drive for manipulation robot
RU2325268C1 (en) Control of robotic machine drive
RU2608005C1 (en) Self-adjusting electric drive of manipulator
RU2488480C1 (en) Robot electric drive
RU2562403C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulator
RU2425746C2 (en) Robot electrical drive
RU2606372C1 (en) Self-adjusting electric drive of manipulator
RU2359306C2 (en) Self-adapting electric drive of robot
RU2424894C1 (en) Robot electric drive
RU2398672C1 (en) Robot electric drive
RU2434736C1 (en) Robot electric drive
RU2345885C1 (en) Robot drive control device
RU2478465C1 (en) Manipulator electric drive
RU2453893C1 (en) Manipulator electric drive
RU2443543C1 (en) Manipulator electric drive
RU2380215C1 (en) Self-tuning electric drive of robot
RU2454695C1 (en) Manipulator drive
RU2363972C2 (en) Robot self-adaptive electric drive

Legal Events

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

Effective date: 20120225