RU2461036C1 - Manipulator electric drive - Google Patents
Manipulator electric drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461036C1 RU2461036C1 RU2011119795/08A RU2011119795A RU2461036C1 RU 2461036 C1 RU2461036 C1 RU 2461036C1 RU 2011119795/08 A RU2011119795/08 A RU 2011119795/08A RU 2011119795 A RU2011119795 A RU 2011119795A RU 2461036 C1 RU2461036 C1 RU 2461036C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- adder
- multiplication unit
- multiplication
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания систем управления электроприводами манипуляторов.The invention relates to robotics and can be used to create control systems for electric manipulators.
Известно устройство для управления приводом робота, содержащее первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения и 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 образует вход устройства, последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы захваченного груза, четвертый сумматор, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого задатчика постоянного сигнала и второго квадратора, последовательно соединенные второй задатчик постоянного сигнала, пятый сумматор, третий блок умножения, шестой сумматор и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные второй датчик положения и седьмой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, первый функциональный преобразователь и третий квадратор, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения и второму входу седьмого сумматора, и четвертый квадратор, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь и пятый квадратор, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь и шестой квадратор, причем выходы третьего, четвертого, пятого и шестого квадраторов подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам четвертого сумматора, выходы третьего и четвертого функциональных преобразователей соединены с выходом седьмого сумматора, выходы второго и четвертого функциональных преобразователей подключены соответственно к первым и вторым входам третьего и восьмого сумматоров, а выход последнего подключен к входу второго квадратора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы и вторым входом пятого сумматора, пятый блок умножения, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, шестой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, и одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого соединен с выходом седьмого сумматора, двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика положения, пятый функциональный преобразователь и седьмой блок умножения, выход которого подключен к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего функционального преобразователя, а выход - со вторым входом шестого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и шестой функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом пятого блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через седьмой функциональный преобразователь подключен к выходу второго усилителя, а выход тринадцатого сумматора - к второму входу седьмого блока умножения, а также десятый и одиннадцатый блоки умножения, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам второго сумматора, выход релейного элемента подключен к четвертому входу второго сумматора, а вход - к входу первого датчика скорости, первым входам десятого и одиннадцатого блоков умножения и пятому входу второго сумматора, причем второй вход десятого блока умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора, первый вход первого блока умножения соединен с выходом первого сумматора, а его второй вход - с вторым входом одиннадцатого блока умножения и выходом четвертого сумматора, при этом выход второго сумматора подключен к выходу первого усилителя (патент РФ №2063866, БИ №20, 1996 г.).A device for controlling a robot drive is known, comprising a first adder, a first multiplication unit and a second adder connected in series, a first amplifier 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 adder , the second input of which forms the input of the device, the third adder, the first quadrator, the second multiplication unit, the second input of which is connected in series the output of the mass sensor of the captured cargo, the fourth adder, the second and third inputs of which are connected respectively to the output of the first constant signal generator and the second quadrator, the second constant signal generator, the fifth adder, the third multiplication unit, the sixth adder and the fourth multiplication unit, the second input of which connected to the output of the second speed sensor, the second position sensor and the seventh adder connected in series, the third position sensor connected in series, the first an optional converter and a third quadrator, the second functional converter connected in series, the input of which is connected to the output of the third position sensor and the second input of the seventh adder, and the fourth quadrator, the third functional converter and the fifth quadrator connected in series, the fourth functional converter and the sixth quadrator connected in series, the outputs being the third, fourth, fifth and sixth quadrators are connected respectively to the fourth, fifth, sixth and with the seventh inputs of the fourth adder, the outputs of the third and fourth functional converters are connected to the output of the seventh adder, the outputs of the second and fourth functional converters are connected respectively to the first and second inputs of the third and eighth adders, and the output of the latter is connected to the input of the second quadrator, the third constant signal generator connected in series , the ninth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor and the second input of the fifth adder, the fifth multiplication unit, ten the second adder, the second input of which is connected to the output of the third multiplication unit, the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the third speed sensor, and the eleventh adder, the second input of which is connected to the output of the fourth multiplication unit, connected in series to the second amplifier, the input of which is connected to the output of the seventh adder, the twelfth adder, the second input of which is connected to the output of the second position sensor, the fifth functional converter and the seventh multiplication unit, the output of which is connected to the third input of the tenth adder, the fourth constant signal generator connected in series, the thirteenth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, the eighth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second functional converter, and the ninth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the third functional converter, and the output with the second input of the sixth adder, connected in series to the third amplifier, the input of which is connected to the output of the third sensor through position, and the sixth functional converter, the output of which is connected to the second input of the fifth multiplication unit, the second input of the third multiplication unit through the seventh functional converter connected to the output of the second amplifier, and the output of the thirteenth adder to the second input of the seventh multiplication unit, as well as the tenth and eleventh multiplication units, the outputs of which are connected respectively to the second and third inputs of the second adder, the output of the relay element is connected to the fourth input of the second adder, and the input to the input the first speed sensor, the first inputs of the tenth and eleventh multiplication units and the fifth input of the second adder, the second input of the tenth multiplication unit connected to the output of the eleventh adder, the first input of the first multiplication unit connected to the output of the first adder, and its second input to the second input of the eleventh the multiplication unit and the output of the fourth adder, while the output of the second adder is connected to the output of the first amplifier (RF patent No. 2063866, BI No. 20, 1996).
Недостатком данного устройства является отсутствие инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, поскольку здесь рассматривается другая степень подвижности манипулятора с другой кинематической схемой.The disadvantage of this device is the lack of invariance of the dynamic properties of the drive in question to continuous and rapid changes in its momentary load characteristics, since a different degree of manipulator mobility with a different kinematic scheme is considered here.
Известен также электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней и первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, третий сумматор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, второму входу второго сумматора и через релейный элемент - к третьему входу второго сумматора, а выход - к четвертому входу второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, четвертый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и первый синусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные датчик массы груза, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, третий блок умножения, второй вход которого через второй косинусный функциональный преобразователь соединен с выходом четвертого сумматора, шестой сумматор и четвертый блок умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, седьмой сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы груза и вторым входом третьего сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого через третий синусный функциональный преобразователь подключен к выходу третьего датчика положения, восьмой сумматор и шестой блок умножения, последовательно соединенные второй датчик скорости, седьмой блок умножения и девятый сумматор, последовательно соединенные третий датчик скорости и восьмой блок умножения, причем второй вход первого блока умножения подключен к выходу третьего сумматора, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - ко второму входу шестого сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик положения, пятый синусный функциональный преобразователь, десятый блок умножения и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого датчика скорости, а выход - ко второму входу седьмого блока умножения, последовательно соединенные шестой косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четвертого датчика положения, двенадцатый блок умножения и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, а выход - ко второму входу девятого сумматора, выход которого подключен к пятому входу второго сумматора, последовательно соединенные первый квадратор, десятый сумматор, второй вход которого через восьмой блок умножения подключен к выходу второго датчика скорости и входу первого квадратора, и четырнадцатый блок умножения, выход которого подключен к третьему входу девятого сумматора, четвертый вход которого через последовательно соединенные пятнадцатый и шестнадцатый блоки умножения соединен с выходом третьего датчика скорости и входом второго квадратора, выход которого через последовательно соединенные одиннадцатый сумматор и семнадцатый блок умножения подключен к пятому входу девятого сумматора, последовательно соединенные восемнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу шестого сумматора, и девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, а выход - к шестому входу девятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик ускорения и двадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого блока умножения, а выход - к седьмому входу девятого сумматора, первый вход двадцать первого блока умножения подключен к выходу восьмого сумматора, его второй вход - ко второму входу восемнадцатого блока умножения и выходу пятого синусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу шестнадцатого блока умножения, первый вход двадцать второго блока умножения соединен с выходом шестого косинусного функционального преобразователя и вторыми входами четвертого и шестого блоков умножения, его второй вход - с выходом третьего блока умножения, а выход - со вторым входом четырнадцатого блока умножения, первый вход двадцать третьего блока умножения соединен с первым входом третьего блока умножения, его второй вход - с выходом первого синусного функционального преобразователя, а выход - со вторыми входами восьмого сумматора, десятого и двенадцатого блоков умножения, причем второй вход одиннадцатого сумматора через третий квадратор подключен к выходу четвертого датчика скорости и второму входу пятнадцатого блока умножения, а второй вход семнадцатого блока умножения - к выходу четвертого блока умножения (патент РФ №2348509, БИ №7, 2009 г.).A robot electric drive is also known, comprising a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier, an electric motor connected to the first speed sensor directly and through the gearbox with a gear and the first position sensor, the output of which is connected to the first input of the first adder, the second input which is connected to the input of the device, the first signal setter, the third adder and the second multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first sensor growth, the second input of the second adder and through the relay element to the third input of the second adder, and the output to the fourth input of the second adder, the second position sensor connected in series, the fourth adder, the second input of which is connected to the output of the third position sensor, and the first sine functional converter connected in series to the load mass sensor, a fifth adder, the second input of which is connected to the output of the second signal setter, a third multiplication unit, the second input of which through the second cosine the functional converter is connected to the output of the fourth adder, the sixth adder and the fourth multiplication unit, sequentially connected to the third signal pickup, the seventh adder, the second input of which is connected to the output of the load mass sensor and the second input of the third adder, the fifth multiplication unit, the second input of which is through the third sine functional the converter is connected to the output of the third position sensor, the eighth adder and the sixth multiplication unit, the second speed sensor connected in series, the seventh unit is clever and the ninth adder, the third speed sensor and the eighth multiplication unit connected in series, the second input of the first multiplication unit connected to the output of the third adder, the fourth cosine functional converter, the input of which is connected to the output of the third position sensor, and the ninth multiplication unit, the second input which is connected to the output of the seventh adder, and the output to the second input of the sixth adder, the fourth position sensor connected in series, the fifth sine function an al converter, the tenth multiplication block and the eleventh multiplication block, the second input of which is connected to the output of the fourth speed sensor, and the output to the second input of the seventh multiplication block, the sixth cosine functional converter, the input of which is connected to the output of the fourth position sensor, the twelfth multiplication block and the thirteenth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor, and the output to the second input of the ninth adder, the output of which is connected to the first input of the second adder, the first quadrator connected in series, the tenth adder, the second input of which through the eighth multiplication unit is connected to the output of the second speed sensor and the input of the first quadrator, and the fourteenth multiplication unit, the output of which is connected to the third input of the ninth adder, the fourth input of which is connected in series the connected fifteenth and sixteenth multiplication blocks are connected to the output of the third speed sensor and the input of the second quadrator, the output of which is connected through series the eleventh adder and the seventeenth multiplication unit are connected to the fifth input of the ninth adder, the eighteenth multiplication unit is connected in series, the first input of which is connected to the output of the sixth adder, and the nineteenth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor, and the output to the sixth input of the ninth the adder, sequentially connected to the third acceleration sensor and the twentieth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sixth multiplication unit, and the output to the seventh input of the ninth matora, the first input of the twenty-first multiplication block is connected to the output of the eighth adder, its second input is to the second input of the eighteenth multiplication block and the output of the fifth sine functional converter, and the output is to the second input of the sixteenth multiplication block, the first input of the twenty-second multiplication block is connected to the output the sixth cosine functional converter and the second inputs of the fourth and sixth multiplication blocks, its second input - with the output of the third multiplication block, and the output - with the second input of fourteen -th multiplication block, the first input of the twenty-third multiplication block is connected to the first input of the third multiplication block, its second input is with the output of the first sine functional converter, and the output is with the second inputs of the eighth adder, the tenth and twelfth multiplication blocks, and the second input of the eleventh adder through the third quadrator is connected to the output of the fourth speed sensor and the second input of the fifteenth multiplication block, and the second input of the seventeenth multiplication block to the output of the fourth multiplication block (RF patent No. 2348 509, BI No. 7, 2009).
Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению. Его недостатком также является то, что оно не обеспечивает полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, поскольку оно также предназначено для другой степени подвижности манипулятора с кинематической схемой, имеющей только четыре степени подвижности. В результате это устройство не будет обеспечивать требуемую динамическую точность работы для рассматриваемого электропривода манипулятора.This device in its technical essence is the closest to the proposed solution. Its disadvantage is also that it does not provide complete invariance of the dynamic properties of the drive under consideration to continuous and rapid changes in its moment load characteristics, since it is also intended for a different degree of mobility of the manipulator with a kinematic scheme having only four degrees of mobility. As a result, this device will not provide the required dynamic accuracy for the considered manipulator electric drive.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств конкретного электропривода к изменениям его динамических характеристик при движении рассматриваемого манипулятора по всем пяти степеням подвижности и, тем самым, повышение динамической точности управления.The task to which the claimed technical solution is directed is to ensure complete invariance of the dynamic properties of a particular electric drive to changes in its dynamic characteristics when the manipulator moves along all five degrees of mobility and, thereby, increase the dynamic control accuracy.
Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании нового сигнала управления, подаваемого на вход рассматриваемого электропривода, который обеспечивает получение такого моментного воздействия, которое полностью компенсирует вредное моментное воздействие на качественные показатели работы рассматриваемого электропривода.The technical result that can be obtained by implementing the claimed technical solution is expressed in the formation of a new control signal supplied to the input of the drive in question, which provides such a moment effect that fully compensates for the harmful moment effect on the performance of the drive in question.
Поставленная задача решается тем, что в электроприводе манипулятора, содержащем последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней и первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, третий сумматор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, второму входу второго сумматора и через релейный элемент - к третьему входу второго сумматора, а выход - к четвертому входу второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, четвертый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и первый синусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные датчик массы груза, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, третий блок умножения, второй вход которого через второй косинусный функциональный преобразователь соединен с выходом четвертого сумматора, шестой сумматор и четвертый блок умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, седьмой сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы груза и вторым входом третьего сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого через третий синусный функциональный преобразователь подключен к выходу третьего датчика положения, восьмой сумматор и шестой блок умножения, последовательно соединенные второй датчик скорости, седьмой блок умножения и девятый сумматор, последовательно соединенные третий датчик скорости и восьмой блок умножения, причем второй вход первого блока умножения подключен к выходу третьего сумматора, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - ко второму входу шестого сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик положения и пятый синусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные десятый блок умножения и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого датчика скорости, а выход - ко второму входу седьмого блока умножения, а также шестой косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четвертого датчика положения, последовательно соединенные двенадцатый блок умножения и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, а выход - ко второму входу девятого сумматора, выход которого подключен к пятому входу второго сумматора, последовательно соединенные первый квадратор, десятый сумматор, второй вход которого через восьмой блок умножения подключен к выходу второго датчика скорости и входу первого квадратора, и четырнадцатый блок умножения, выход которого подключен к третьему входу девятого сумматора, четвертый вход которого через последовательно соединенные пятнадцатый и шестнадцатый блоки умножения соединен с выходом третьего датчика скорости и входом второго квадратора, выход которого через последовательно соединенные одиннадцатый сумматор и семнадцатый блок умножения подключен к пятому входу девятого сумматора, последовательно соединенные восемнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу шестого сумматора, и девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, а выход - к шестому входу девятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик ускорения и двадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого блока умножения, а выход - к седьмому входу девятого сумматора, первый вход двадцать первого блока умножения подключен к выходу восьмого сумматора, его второй вход - ко второму входу восемнадцатого блока умножения, а выход - ко второму входу шестнадцатого блока умножения, первый вход двадцать второго блока умножения соединен со вторыми входами четвертого и шестого блоков умножения, его второй вход - с выходом третьего блока умножения, а выход - со вторым входом четырнадцатого блока умножения, первый вход двадцать третьего блока умножения соединен с выходом пятого сумматора, его второй вход - с выходом первого синусного функционального преобразователя, а выход - со вторыми входами восьмого сумматора, десятого и двенадцатого блоков умножения, причем второй вход одиннадцатого сумматора через третий квадратор подключен к выходу четвертого датчика скорости и второму входу пятнадцатого блока умножения, а второй вход семнадцатого блока умножения - к выходу четвертого блока умножения, выход пятого синусного функционального преобразователя подключен ко вторым входам двенадцатого и четвертого блоков умножения, а выход шестого косинусного функционального преобразователя - ко вторым входам десятого и восемнадцатого блоков умножения.The problem is solved in that in the electric drive of the manipulator, containing the first adder, the first multiplication unit, the second adder, an amplifier, an electric motor connected directly to the first speed sensor and through the gearbox, with a gear and the first position sensor, the output of which is connected to the first input the first adder, the second input of which is connected to the input of the device, the first signal master, the third adder and the second multiplication unit, the second input of which is connected the output to the output of the first speed sensor, the second input of the second adder and through the relay element to the third input of the second adder, and the output to the fourth input of the second adder, the second position sensor connected in series, the fourth adder, the second input of which is connected to the output of the third position sensor, and the first sine functional converter, series-connected load mass sensor, a fifth adder, the second input of which is connected to the output of the second signal generator, the third multiplication unit, the second input to through the second cosine functional converter is connected to the output of the fourth adder, the sixth adder and the fourth multiplication unit, sequentially connected to the third signal master, the seventh adder, the second input of which is connected to the output of the load mass sensor and the second input of the third adder, the fifth multiplication unit, the second input of which through the third sine functional converter connected to the output of the third position sensor, the eighth adder and the sixth multiplication unit, connected in series to the second yes a speed sensor, a seventh multiplication unit and a ninth adder, a third speed sensor and an eighth multiplication unit connected in series, the second input of the first multiplying unit being connected to the output of the third adder, a fourth cosine functional converter connected in series with the output of the third position sensor, and a ninth a multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the seventh adder, and the output to the second input of the sixth adder, the fourth sensor connected in series and the fifth sine functional converter connected in series to the tenth multiplication unit and the eleventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fourth speed sensor, and the output to the second input of the seventh multiplication unit, as well as the sixth cosine functional converter, the input of which is connected to the output of the fourth a position sensor connected in series with the twelfth multiplication unit and the thirteenth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor, and you the move is to the second input of the ninth adder, the output of which is connected to the fifth input of the second adder, the first quadrator is connected in series, the tenth adder, the second input of which through the eighth multiplication unit is connected to the output of the second speed sensor and the input of the first quadrator, and the fourteenth multiplication unit, the output of which connected to the third input of the ninth adder, the fourth input of which through series-connected fifteenth and sixteenth multiplication units is connected to the output of the third speed sensor and the input to a second quadrator, the output of which is connected in series through the eleventh adder and the seventeenth multiplication unit to the fifth input of the ninth adder, the eighteenth multiplier unit is connected in series, the first input of which is connected to the output of the sixth adder, and the nineteenth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor and the output goes to the sixth input of the ninth adder, the third acceleration sensor and the twentieth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sixth multiplication block, and the output is to the seventh input of the ninth adder, the first input of the twenty-first multiplication block is connected to the output of the eighth adder, its second input to the second input of the eighteenth multiplication block, and the output to the second input of the sixteenth multiplication block, the first input of twenty the second multiplication block is connected to the second inputs of the fourth and sixth multiplication blocks, its second input is with the output of the third multiplication block, and the output is with the second input of the fourteenth multiplication block, the first input of the twenty third block the multiplication is connected to the output of the fifth adder, its second input to the output of the first sine functional converter, and the output to the second inputs of the eighth adder, the tenth and twelfth multiplication blocks, and the second input of the eleventh adder through the third quadrator is connected to the output of the fourth speed sensor and the second the input of the fifteenth multiplication block, and the second input of the seventeenth multiplication block - to the output of the fourth multiplication block, the output of the fifth sine functional converter is connected to the second input I will give the twelfth and fourth blocks of multiplication, and the output of the sixth cosine functional converter to the second inputs of the tenth and eighteenth blocks of multiplication.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с его аналогом и прототипом свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".A comparative analysis of the proposed solution with its analogue and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."
Заявленная совокупность признаков, приведенная в отличительной части формулы изобретения, позволяет добиться повышения динамической точности управления рассматриваемым электроприводом манипулятора при любом изменении его параметров, обусловленном эффектами взаимовлияния между всеми его степенями подвижности при наличии захваченного груза.The claimed combination of features, given in the characterizing part of the claims, allows to increase the dynamic accuracy of control of the manipulator in question with any change in its parameters, due to the effects of mutual influence between all its degrees of mobility in the presence of trapped cargo.
Блок-схема предлагаемого электропривода манипулятора представлена на фиг.1. На фиг.2 представлена кинематическая схема манипулятора.The block diagram of the proposed electric manipulator is shown in figure 1. Figure 2 presents the kinematic diagram of the manipulator.
Электропривод манипулятора содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, усилитель 4, электродвигатель 5, связанный с первым датчиком 6 скорости непосредственно и через редуктор 7 - с шестерней 8 и первым датчиком 9 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные первый задатчик 10 сигнала, третий сумматор 11 и второй блок 12 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, второму входу второго сумматора 3 и через релейный элемент 13 - к третьему входу второго сумматора 3, а выход - к четвертому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные второй датчик 14 положения, четвертый сумматор 15, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика 16 положения, и первый синусный функциональный преобразователь 17, последовательно соединенные датчик 18 массы груза, пятый сумматор 19, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика 20 сигнала, третий блок 21 умножения, второй вход которого через второй косинусный функциональный преобразователь 22 соединен с выходом четвертого сумматора 15, шестой сумматор 23 и четвертый блок 24 умножения, последовательно соединенные третий задатчик 25 сигнала, седьмой сумматор 26, второй вход которого соединен с выходом датчика массы 18 груза и вторым входом третьего сумматора 11, пятый блок 27 умножения, второй вход которого через третий синусный функциональный преобразователь 28 подключен к выходу третьего датчика 16 положения, восьмой сумматор 29 и шестой блок 30 умножения, последовательно соединенные второй датчик 31 скорости, седьмой блок 32 умножения и девятый сумматор 33, последовательно соединенные третий датчик 34 скорости и восьмой блок 35 умножения, причем второй вход первого блока 2 умножения подключен к выходу третьего сумматора 11, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь 36, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения 16, и девятый блок 37 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 26, а выход - ко второму входу шестого сумматора 23, последовательно соединенные четвертый датчик 38 положения и пятый синусный функциональный преобразователь 39, последовательно соединенные десятый блок 40 умножения и одиннадцатый блок 41 умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого датчика 42 скорости, а выход - ко второму входу седьмого блока 32 умножения, а также шестой косинусный функциональный преобразователь 43, вход которого подключен к выходу четвертого датчика 38 положения, последовательно соединенные двенадцатый блок 44 умножения и тринадцатый блок 45 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 46 ускорения, а выход - ко второму входу девятого сумматора 33, выход которого подключен к пятому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные первый квадратор 47, десятый сумматор 48, второй вход которого через восьмой блок 35 умножения подключен к выходу второго датчика 31 скорости и входу первого квадратора 47, и четырнадцатый блок 49 умножения, выход которого подключен к третьему входу девятого сумматора 33, четвертый вход которого через последовательно соединенные пятнадцатый 50 и шестнадцатый 51 блоки умножения соединен с выходом третьего датчика 34 скорости и входом второго квадратора 52, выход которого через последовательно соединенные одиннадцатый сумматор 53 и семнадцатый блок 54 умножения подключен к пятому входу девятого сумматора 33, последовательно соединенные восемнадцатый блок 55 умножения, первый вход которого подключен к выходу шестого сумматора 23, и девятнадцатый блок 56 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 57 ускорения, а выход - к шестому входу девятого сумматора 33, последовательно соединенные третий датчик 58 ускорения и двадцатый блок 59 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого блока 30 умножения, а выход - к седьмому входу девятого сумматора 33, первый вход двадцать первого блока 60 умножения подключен к выходу восьмого сумматора 29, его второй вход - ко второму входу восемнадцатого блока 55 умножения, а выход - ко второму входу шестнадцатого блока 51 умножения, первый вход двадцать второго блока 61 умножения соединен со вторыми входами четвертого 24 и шестого 30 блоков умножения, его второй вход - с выходом третьего блока 21 умножения, а выход - со вторым входом четырнадцатого блока 49 умножения, первый вход двадцать третьего блока 62 умножения соединен с выходом пятого сумматора 19, его второй вход - с выходом первого синусного функционального преобразователя 17, а выход - со вторыми входами восьмого сумматора 29, десятого 40 и двенадцатого 44 блоков умножения, причем второй вход одиннадцатого сумматора 53 через третий квадратор 63 подключен к выходу четвертого датчика 42 скорости и второму входу пятнадцатого блока 50 умножения, а второй вход семнадцатого блока 54 умножения - к выходу четвертого блока 24 умножения, причем выход пятого синусного функционального преобразователя 39 подключен ко вторым входам двенадцатого 44 и четвертого 24 блоков умножения, а выход шестого косинусного функционального преобразователя 43 - ко вторым входам десятого 40 и восемнадцатого 55 блоков умножения.The manipulator’s electric drive contains in series the
На указанных чертежах введены следующие обозначения: αвх - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки; U*, U - усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем, соответственно; q1, q2, q3, q4 и q5 - обобщенные координаты пяти степеней подвижности; m1, m2, m3, mг - массы соответствующих звеньев манипулятора и груза; 12, 13 - длины соответствующих звеньев; - расстояния от осей вращения соответствующих звеньев до их центров масс; , , - скорости изменения соответствующих обобщенных координат; - скорость вращения ротора электродвигателя пятой степени подвижности; , , - ускорения изменения соответствующих обобщенных координат; - ускорение вращения ротора электродвигателя пятой степени подвижности; Jsi - моменты инерции соответствующих звеньев манипулятора относительно их продольных осей ; Jni - моменты инерции соответствующих звеньев манипулятора относительно поперечных осей, проходящих через их центры масс .The following notation is introduced in the indicated drawings: α in - signal from the output of the software device; ε is the error signal; U * , U is the amplified signal and the motor control signal, respectively; q 1 , q 2 , q 3 , q 4 and q 5 are the generalized coordinates of the five degrees of mobility; m 1 , m 2 , m 3 , m g are the masses of the corresponding parts of the manipulator and the load; 1 2 , 1 3 - the lengths of the corresponding links; - the distance from the axis of rotation of the respective links to their centers of mass; , , - the rate of change of the corresponding generalized coordinates; - rotational speed of the rotor of the electric motor of the fifth degree of mobility; , , - accelerate changes in the corresponding generalized coordinates; - acceleration of rotation of the rotor of the electric motor of the fifth degree of mobility; J si - moments of inertia of the corresponding parts of the manipulator relative to their longitudinal axes ; J ni - moments of inertia of the corresponding parts of the manipulator relative to the transverse axes passing through their centers of mass .
Устройство работает следующим образом. На вход электропривода подается воздействие αвх, обеспечивающее требуемый закон его управления. На выходе сумматора 1 вырабатывается сигнал ошибки ε, который после коррекции в элементах 2 и 3, усиливаясь, поступает на электродвигатель 5 с редуктором 7, приводя его выходной вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U и внешнего моментного воздействия на электропривод.The device operates as follows. The input of the electric drive is exposed to α I , providing the required law of its control. At the output of
Рассматриваемый электропривод управляет обобщенной координатой q5. Эта степень подвижности позволяет манипулятору, схема которого представлена на фиг.2, с помощью передачи шестерня-рейка выполнять горизонтальное перемещение. Причем рейка установлена на основании, по которому перемещается манипулятор, а шестерня 9 - на выходном валу редуктора 7 и имеет радиус r.The drive in question controls the generalized coordinate q 5 . This degree of mobility allows the manipulator, a diagram of which is presented in figure 2, using a gear-rack transmission to perform horizontal movement. Moreover, the rail is installed on the basis on which the manipulator moves, and the gear 9 on the output shaft of the gearbox 7 and has a radius r.
Датчики 38, 16 и 14 установлены в первой, второй и третьей степенях подвижности манипулятора (см. фиг.2.), соответственно, и измеряют, соответственно, обобщенные координаты q1, q2, q3. Сумматор 15 имеет положительные входы с единичными коэффициентами усиления, поэтому на его выходе формируется сигнал q2+q3. На выходе задатчика 20 формируется сигнал а на выходе датчика 18 - сигнал mг. Первый (со стороны задатчика 20) положительный вход сумматора 19 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления, равный 13. В результате на выходе сумматора 19 формируется сигнал На выходе задатчика 25 формируется сигнал Первый (со стороны задатчика 25) и второй положительные входы сумматора 26 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 12, соответственно. В результате на выходе сумматора 26 формируется сигнал . Таким образом, на выходе блоков 21, 62, 37 и 27 формируются сигналы Acos(q2+q3), Asin(q2+q3), Bcosq2 и Bsinq2, соответственно.The sensors 38, 16 and 14 are installed in the first, second and third degrees of mobility of the manipulator (see figure 2.), respectively, and measure, respectively, the generalized coordinates q 1 , q 2 , q 3 . The adder 15 has positive inputs with unity gain, therefore, a q 2 + q 3 signal is generated at its output. At the output of the setter 20, a signal is generated and at the output of the sensor 18 is a signal m g . The first (from the side of the setter 20) positive input of the adder 19 has a unity gain, and its second positive input has a gain of 1 3 . As a result, at the output of the adder 19, a signal is generated At the output of the setter 25, a signal is generated The first (from the setpoint 25) and the second positive inputs of the adder 26 have a unity gain and a gain of 1 2 , respectively. As a result, a signal is generated at the output of the adder 26 . Thus, the signals Acos (q 2 + q 3 ), Asin (q 2 + q 3 ), Bcosq 2 and Bsinq 2 , respectively, are formed at the output of blocks 21, 62, 37, and 27.
Положительные входы сумматоров 23 и 29 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на выходах блоков 55, 24, 60 и 30, соответственно, формируются сигналы:The positive inputs of the adders 23 and 29 have unity gain. Therefore, at the outputs of blocks 55, 24, 60 and 30, respectively, signals are generated:
b=cosq1(Acos(q2+q3)+Bcosq2), a=sinq1(Acos(q2+q3)+Bcosq2),b = cosq 1 (Acos (q 2 + q 3 ) + Bcosq 2 ), a = sinq 1 (Acos (q 2 + q 3 ) + Bcosq 2 ),
d=cosq1(Asin(q2+q3)+Bsinq2) и c=sinq1(Asin(q2+q3)+Bsinq2),d = cosq 1 (Asin (q 2 + q 3 ) + Bsinq 2 ) and c = sinq 1 (Asin (q 2 + q 3 ) + Bsinq 2 ),
а на выходах блоков 61, 40 и 44, соответственно, - сигналы: k=Asinq1cos(q2+q3), m=Acosq1sin(q2+q3) и f=Asinq1sin(q2+q3).and at the outputs of blocks 61, 40 and 44, respectively, the signals: k = Asinq 1 cos (q 2 + q 3 ), m = Acosq 1 sin (q 2 + q 3 ) and f = Asinq 1 sin (q 2 + q 3 ).
Датчики 42, 34 и 31 установлены, соответственно, в первой, второй и третьей степенях подвижности манипулятора (см. фиг.2.) и измеряют, соответственно, , , . Положительные входы сумматора 53 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на выходе блока 54 формируется сигнал , а на выходах блоков 50 и 41 - сигналы и , соответственно. В результате на выходах блоков 51 и 32, соответственно, формируются сигналы и .The sensors 42, 34 and 31 are installed, respectively, in the first, second and third degrees of mobility of the manipulator (see figure 2.) and measure, respectively, , , . The positive inputs of the adder 53 have unity gain. Therefore, a signal is generated at the output of block 54 , and at the outputs of blocks 50 and 41 - signals and , respectively. As a result, signals are generated at the outputs of blocks 51 and 32, respectively. and .
На выходе блока 35 формируется сигнал . Первый (со стороны блока 35) положительный вход сумматора 48 имеет коэффициент усиления, равный 2, а его второй положительный вход - единичный коэффициент усиления. В результате на выходе блока 49 формируется сигнал .At the output of block 35, a signal is generated . The first (from the side of block 35) positive input of the adder 48 has a gain of 2, and its second positive input has a unity gain. As a result, a signal is generated at the output of block 49 .
На выходах датчиков 57, 58 и 46, установленных, соответственно, в первой, второй и третьей степенях подвижности манипулятора, формируются сигналы , , , соответственно, а на выходах блоков 56, 59 и 45 - сигналы , , , соответственно.At the outputs of the sensors 57, 58 and 46, installed, respectively, in the first, second and third degrees of mobility of the manipulator, signals are generated , , , respectively, and at the outputs of blocks 56, 59 and 45 - signals , , , respectively.
Шестой положительный (со стороны блока 56), второй (со стороны блока 45), третий (со стороны блока 49), пятый (со стороны блока 54) и седьмой (со стороны блока 59) отрицательные входы сумматора 33 имеют единичные коэффициенты усиления, а первый (со стороны блока 32) и четвертый (со стороны блока 51) отрицательные входы этого сумматора имеют коэффициенты усиления, равные 2. В результате на выходе сумматора 33 формируется сигналThe sixth positive (from block 56), the second (from block 45), the third (from block 49), the fifth (from block 54) and the seventh (from block 59) the negative inputs of adder 33 have unity gains, and the first (from the side of block 32) and the fourth (from the side of block 51) negative inputs of this adder have gains equal to 2. As a result, a signal is generated at the output of the adder 33
На выходе задатчика 10 формируется сигнал , где J - момент инерции ротора электродвигателя и вращающихся частей редуктора (приведены к валу электродвигателя 5), ip - передаточное отношение редуктора. Первый (со стороны задатчика 10) и второй положительные входы сумматора 11 имеют, соответственно, единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный r2. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал At the output of the setter 10, a signal is generated where J is the moment of inertia of the rotor of the electric motor and the rotating parts of the gearbox (given to the shaft of the electric motor 5), i p is the gear ratio of the gearbox. The first (from the setpoint 10) and the second positive inputs of the adder 11 have, respectively, a unity gain and a gain equal to r 2 . As a result, a signal is generated at the output of this adder
На первый положительный вход сумматора 3 (со стороны блока 2) с коэффициентом усиления поступает сигнал (где Jн - суммарный номинальный момент инерции), на его второй положительный вход с коэффициентом усиления - сигнал , на третий положительный вход (со стороны релейного элемента 13) с коэффициентом усиления - сигнал:At the first positive input of the adder 3 (from the side of unit 2) with a gain signal is coming (where J n is the total nominal moment of inertia), at its second positive input with a gain - signal , to the third positive input (from the side of the relay element 13) with a gain - signal:
на четвертый отрицательный вход (со стороны блока 12) с коэффициентом усиления - сигнал , на пятый положительный вход (со стороны сумматора 33) с коэффициентом усиления - сигнал C, где R - активное сопротивление якорной обмотки электродвигателя, Кв - коэффициент вязкого трения, Ку - коэффициент усиления усилителя 4, Км - коэффициент крутящего момента, Kω - коэффициент противоЭДС, Мт=const>0 - величина момента сухого трения при движении электродвигателя.to the fourth negative input (from the side of block 12) with a gain - signal , to the fifth positive input (from the adder 33) with a gain - signal C, where R is the active resistance of the armature winding of the electric motor, K in is the coefficient of viscous friction, K y is the gain of the amplifier 4, K m is the torque coefficient, K ω is the counter-emf coefficient, M t = const> 0 is the moment dry friction when moving an electric motor.
В результате на выходе сумматора 3 формируется сигналAs a result, at the output of the adder 3, a signal is generated
Из уравнения Лагранжа 2 рода можно получить силу F, действующую на пятую линейную горизонтальную степень подвижности манипулятора в процессе его движения:From the Lagrange equation of the 2nd kind, one can obtain the force F acting on the fifth linear horizontal degree of mobility of the manipulator in the process of its movement:
, ,
которая создает на выходном валу редуктора 7 момент, равныйwhich creates on the output shaft of the gearbox 7 a moment equal to
С учетом соотношения (2), а также уравнения механической и электрической цепей электродвигателя 5 постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения, несложно показать, что рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q5 манипулятора, можно описать дифференциальным уравнением:Taking into account relation (2), as well as the mechanical equation and electrical chains of a DC motor 5 with permanent magnets or independent excitation, it is easy to show that the drive in question, which controls the coordinate q 5 of the manipulator, can be described by the differential equation:
Сформированный сигнал U* (1), как несложно убедиться, обеспечивает превращение уравнения (3) с существенно переменными параметрами в уравнение с постоянными желаемыми параметрами, обеспечивающими электроприводу, управляющему координатой q5, заданные неизменные динамические свойства и качественные показатели работы за счет выбора желаемых постоянных значений Jн и Kу.The generated signal U * (1), as is easy to verify, provides the transformation of equation (3) with substantially variable parameters into the equation with constant desired parameters, providing the electric drive that controls the coordinate q 5 , the set constant dynamic properties and quality performance due to the choice of the desired constant values of J n and K y .
Таким образом, благодаря введению новых связей удалось обеспечить полную инвариантность рассматриваемого электропривода манипулятора ко всем силовым воздействиям. Это позволяет получить стабильно высокую точность управления в любых режимах его работы.Thus, thanks to the introduction of new bonds, it was possible to ensure the complete invariance of the manipulator’s electric drive under consideration to all power influences. This allows you to get a consistently high accuracy control in any modes of its operation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011119795/08A RU2461036C1 (en) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Manipulator electric drive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011119795/08A RU2461036C1 (en) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Manipulator electric drive |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2461036C1 true RU2461036C1 (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=46939057
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011119795/08A RU2461036C1 (en) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Manipulator electric drive |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2461036C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1547559A1 (en) * | 1987-10-28 | 1996-11-27 | Дальневосточный политехнический институт им.В.В.Куйбышева | Variable-structure system |
EP1538370A2 (en) * | 2003-12-05 | 2005-06-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Transmission control system |
RU2359306C2 (en) * | 2007-04-23 | 2009-06-20 | Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН | Self-adapting electric drive of robot |
RU2399079C2 (en) * | 2008-09-22 | 2010-09-10 | Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН) | Electric drive with automatic control of input harmonic signal frequency |
-
2011
- 2011-05-17 RU RU2011119795/08A patent/RU2461036C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1547559A1 (en) * | 1987-10-28 | 1996-11-27 | Дальневосточный политехнический институт им.В.В.Куйбышева | Variable-structure system |
EP1538370A2 (en) * | 2003-12-05 | 2005-06-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Transmission control system |
RU2359306C2 (en) * | 2007-04-23 | 2009-06-20 | Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН | Self-adapting electric drive of robot |
RU2399079C2 (en) * | 2008-09-22 | 2010-09-10 | Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН) | Electric drive with automatic control of input harmonic signal frequency |
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 | |
RU2372638C1 (en) | Self-tuning electric drive for manipulation robot | |
RU2355563C2 (en) | Robot drive control device | |
RU2423225C1 (en) | Robot electric drive | |
RU2325268C1 (en) | Control of robotic machine drive | |
RU2461036C1 (en) | Manipulator electric drive | |
RU2562403C1 (en) | Self-tuning electric drive of manipulator | |
RU2359306C2 (en) | Self-adapting electric drive of robot | |
RU2425746C2 (en) | Robot electrical drive | |
RU2348509C1 (en) | Robot electrical drive | |
RU2488480C1 (en) | Robot electric drive | |
RU2562400C1 (en) | Self-tuning electric drive of manipulator | |
RU2424894C1 (en) | Robot electric drive | |
RU2398672C1 (en) | Robot electric drive | |
RU2478465C1 (en) | Manipulator electric drive | |
RU2345885C1 (en) | Robot drive control device | |
RU2363972C2 (en) | Robot self-adaptive electric drive | |
RU2453893C1 (en) | Manipulator electric drive | |
RU2066626C1 (en) | Robot drive control device | |
RU2398673C1 (en) | Robot electric drive | |
RU2454695C1 (en) | Manipulator drive | |
RU2163190C1 (en) | Device for control of robot drive |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130518 |