RU2701459C1 - Robot manipulator control device - Google Patents
Robot manipulator control device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2701459C1 RU2701459C1 RU2018143747A RU2018143747A RU2701459C1 RU 2701459 C1 RU2701459 C1 RU 2701459C1 RU 2018143747 A RU2018143747 A RU 2018143747A RU 2018143747 A RU2018143747 A RU 2018143747A RU 2701459 C1 RU2701459 C1 RU 2701459C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- inputs
- amplifiers
- link
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Устройство относится к области робототехники и может быть использовано для автоматизации производственных процессов.The device relates to the field of robotics and can be used to automate production processes.
Техническим результатом является повышение быстродействия, снижение ошибки позиционирования, упрощение устройства и расширение функциональных возможностей.The technical result is to increase performance, reduce positioning errors, simplify the device and expand the functionality.
Известен «Имитатор автоматической системы робастного управления периодическими режимами двухзвенного робота-манипулятора» (Патент на ПМ № 125360, МПК G05B 13/02, опубл. 27.02.2013 г.), содержащий нелинейно-нестационарный объект управления, блоки задающих воздействий, локальные комбинированные робастные регуляторы (ЛР_1 и ЛР_2), локальные наблюдатели состояния (НС_1 и НС_2), первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой осциллографы, графопостроитель, первый и второй блоки задания коэффициентов, первый, второй, третий и четвертый блоки суммирования, при этом первый выход объекта управления одновременно подключен к первому входу графопостроителя и второму входу первого наблюдателя состояния (НС_1), выходы которого подключены к соответствующим входам первого блока задания коэффициентов, а также к первому, второму и третьему входам первого локального регулятора (ЛР_1); выходы первого блока задания коэффициентов идут на соответствующие входы первого блока суммирования, выход которого подключен ко второму входу второго блока суммирования; к первому входу второго блока суммирования подключен выход первого блока задающего воздействия, сигнал, с выхода которого также поступает на вход первого осциллографа; выход второго блока суммирования одновременно подключен к четвертому входу первого локального регулятора (ЛР_1) и к входу второго осциллографа; выход первого локального регулятора (ЛР_1) подключен к входу третьего осциллографа, к первому входу объекта управления, а также к первому входу первого наблюдателя состояния(НС_1); второй выход объекта управления одновременно подключен ко второму входу графопостроителя и первому входу второго наблюдателя состояния (НС_2), выходы которого подключены к соответствующим входам второго блока задания коэффициентов, а также к первому, второму и третьему входам второго локального регулятора (ЛР_2); выходы второго блока задания коэффициентов соединены с соответствующими входами третьего блока суммирования, выход которого подключен ко второму входу четвертого блока суммирования; к первому входу четвертого блока суммирования подключен выход второго блока задающего воздействия, который также соединен с входом четвертого осциллографа; выход четвертого блока суммирования подключен к входу пятого осциллографа и к четвертому входу второго локального регулятора (ЛР_2);выход которого соединен с входом шестого осциллографа, со вторым входом объекта управления, а также со вторым входом второго наблюдателя (НС_2).The well-known "Simulator of an automatic system for robust control of periodic modes of a two-link robot manipulator" (Patent for PM No. 125360, IPC G05B 13/02, publ. 02/27/2013), containing a nonlinear non-stationary control object, sets of driving actions, local combined robust regulators (ЛР_1 and ЛР_2), local state observers (НС_1 and НС_2), first, second, third, fourth, fourth, fifth, sixth oscilloscopes, plotter, first and second blocks for setting coefficients, first, second, third and fourth blocks of summation, when this, the first output of the control object is simultaneously connected to the first input of the plotter and the second input of the first state observer (НС_1), the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the first unit for setting the coefficients, as well as to the first, second and third inputs of the first local controller (ЛР_1); the outputs of the first unit for setting coefficients go to the corresponding inputs of the first summing unit, the output of which is connected to the second input of the second summing unit; the first input of the second summing block is connected to the output of the first block of the driving action, a signal from the output of which also goes to the input of the first oscilloscope; the output of the second summing unit is simultaneously connected to the fourth input of the first local controller (LR_1) and to the input of the second oscilloscope; the output of the first local controller (ЛР_1) is connected to the input of the third oscilloscope, to the first input of the control object, as well as to the first input of the first state observer (НС_1); the second output of the control object is simultaneously connected to the second input of the plotter and the first input of the second state observer (HC_2), the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the second block for setting the coefficients, as well as to the first, second and third inputs of the second local controller (ЛР_2); the outputs of the second coefficient setting unit are connected to the corresponding inputs of the third summing unit, the output of which is connected to the second input of the fourth summing unit; the output of the second driver unit is connected to the first input of the fourth block of summation, which is also connected to the input of the fourth oscilloscope; the output of the fourth summing unit is connected to the input of the fifth oscilloscope and to the fourth input of the second local controller (ЛР_2); the output of which is connected to the input of the sixth oscilloscope, with the second input of the control object, as well as with the second input of the second observer (НС_2).
Недостатком данного технического решения является сложность устройства и недостаточное быстродействие из-за формирования управляющего воздействия по разновременным функциям: время задания параметров регулирования звеньев манипулятора и их отработка двигателем, что на порядки больше времени коррекции сигналов ошибки регулирования. Кроме того, данное устройство является имитатором, а не реальным устройством, подверженного влиянию реальным возмущающим моментам, в результате которых появляются неконтролируемые приращения углового позиционирования. В этом известном устройстве, парируется ошибка между заданным положением звена и его оценкой, что не дает снижение ошибки позиционирования реального объекта.The disadvantage of this technical solution is the complexity of the device and the lack of speed due to the formation of the control action for different functions: the time for setting the control parameters of the manipulator links and their development by the engine, which is an order of magnitude longer than the correction signal for control error signals. In addition, this device is a simulator, and not a real device, subject to the influence of real disturbing moments, as a result of which uncontrolled increments of angular positioning appear. In this known device, an error is parried between a given position of the link and its evaluation, which does not reduce the positioning error of a real object.
Известна система планирования перемещения робота-манипулятора в неизвестной динамической среде (Патент на ПМ № 83729, МПК G05J 13/00, опубл. 20.06.2008 г.), содержащая инфракрасные датчики, блок вычисления расстояния между каждым звеном робота-манипулятора и ближайшим препятствием, применение нечеткой структуры принятия решения для определения изменения угла перемещения каждого звена робота-манипулятора в ходе каждой программной итерации, использование в качестве входных параметров значений минимального расстояния между каждым звеном и ближайшим препятствием, а также значений разницы между текущей и целевой конфигурациями звеньев робота-манипулятора, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит подсистему классификации местоположений препятствий в рабочей зоне робота-манипулятора и связанных с местоположениями препятствий направлений в виде движения каждого звена робота-манипулятора, состоящую для двухзвенного робота-манипулятора из двухсот пятидесяти шести позиций, на основе полной классификационной таблицы обучена по методу обратного распространения ошибки трехслойная нейронная сеть, состоящая из шести входов, сорока нейронов первого скрытого слоя, двадцати пяти нейронов второго скрытого слоя, двух нейронов выходного слоя, входами трехслойной нейронной сети являются выходы блока кодирования, тогда как выходы этой сети используются в качестве входов в блок декодирования, два выхода блока декодирования - это окончательные модифицированные значения расстояния между каждым звеном робота и ближайшим препятствием, которые являются входами в блок вычисления изменения расстояния, имеющим два выхода, в качестве которых используются изменения окончательных модифицированных значений расстояния между каждым звеном робота и препятствием, окончательные модифицированные значения расстояний между каждым звеном робота и препятствием и их изменения являются входами в нечеткую структуру принятия решения, состоящую из двух стадий, первая стадия включает первую пару нечетких блоков: один для первого звена, второй для второго звена двухзвенного робота-манипулятора, входы для каждого нечеткого блока первой пары представлены двумя параметрами: значением разницы между целевой и текущей конфигурациями, а также предыдущим изменением угла перемещения каждого звена робота-манипулятора, которое обеспечивает реализацию внутренней обратной связи в системе планирования перемещения робота-манипулятора в неизвестной динамической среде, выход каждого нечеткого блока первой пары - это предварительное значение шага перемещения соответствующего звена робота- манипулятора, которое вместе с окончательным модифицированным значением расстояния между каждым звеном робота-манипулятора и ближайшим препятствием, а также изменением окончательного модифицированного значения расстояния между каждым звеном робота- манипулятора и препятствием используются в качестве входов на вторую стадию нечеткой подсистемы, представленную двумя нечеткими блоками, выходы второй пары нечетких блоков - это значение изменения угла перемещения каждого из звеньев робота-манипулятора, коэффициенты усиления, на которые умножаются на значения изменения угла перемещения каждого звена робота – манипулятора, полученные значения этого произведения поступают на исполнительное устройство, значения произведения коэффициентов усиления и изменений угла перемещения звеньев робота – манипулятора, полученные в ходе предыдущей компьютерной итерации, обеспечивая внешнюю обратную связь, используются вместе со значениями целевой конфигурации в качестве входов в систему планирования перемещенияA known system for planning the movement of a robot manipulator in an unknown dynamic environment (Patent for PM No. 83729, IPC G05J 13/00, published on 06/20/2008), containing infrared sensors, a unit for calculating the distance between each link of the robot manipulator and the nearest obstacle, the use of a fuzzy decision-making structure to determine the change in the angle of movement of each link of the robot manipulator during each program iteration, using the minimum distance between each link and the nearest m obstacle, as well as the difference between the current and target configurations of the links of the robot manipulator, characterized in that it further comprises a subsystem for classifying the locations of obstacles in the working area of the robot manipulator and the directions associated with the locations of obstacles in the form of movement of each link of the robot manipulator, consisting for a two-link robot manipulator of two hundred and fifty-six positions, based on the complete classification table, trained according to the method of back propagation of three errors a loyal neural network consisting of six inputs, forty neurons of the first hidden layer, twenty five neurons of the second hidden layer, two neurons of the output layer, the inputs of the three-layer neural network are the outputs of the encoding block, while the outputs of this network are used as inputs to the decoding block, two the output of the decoding unit is the final modified distance value between each link of the robot and the nearest obstacle, which are the inputs to the distance change calculation unit having two outputs using changes of the final modified distance values between each robot link and the obstacle, the final modified distance values between each robot link and the obstacle and their changes are inputs into the fuzzy decision-making structure consisting of two stages, the first stage includes the first pair of fuzzy blocks : one for the first link, the second for the second link of the two-link robot manipulator, the inputs for each fuzzy block of the first pair are represented by two parameters mi: the value of the difference between the target and current configurations, as well as the previous change in the angle of movement of each link of the robot manipulator, which provides internal feedback in the planning system for moving the robot manipulator in an unknown dynamic environment, the output of each fuzzy block of the first pair is a preliminary value the step of moving the corresponding link of the robot manipulator, which, together with the final modified value of the distance between each link of the robot manipulator and the closest obstacle, as well as changing the final modified value of the distance between each link of the robotic arm and the obstacle are used as inputs to the second stage of the fuzzy subsystem, represented by two fuzzy blocks, the outputs of the second pair of fuzzy blocks is the value of changing the angle of movement of each of the links of the robot the manipulator, the amplification factors by which are multiplied by the values of the change in the angle of movement of each link of the robot - the manipulator, the obtained values of this product The results are received on the actuator, the product of the amplification factors and changes in the angle of movement of the robot-manipulator links obtained during the previous computer iteration, providing external feedback, are used together with the target configuration values as inputs to the displacement planning system
Недостатками данного технического решения является его сложность. Даже рассматривая не всего робота-манипулятора в неизвестной динамической среде с препятствиями не только ограничивающими применение данной полезной модели, но прекращение функционирования полезной модели в одном запуске движения, а рассматривая заданный угол поворота с фактическим. Угловая ошибка быстро не компенсируется, а постепенно снижается на каждом шаге итерации, сравниваясь дополнительно еще и в нечеткой подсистеме принятия решения с измеренными расстояниями между звеньями и препятствием.The disadvantages of this technical solution is its complexity. Even considering not the entire robot manipulator in an unknown dynamic environment with obstacles, not only restricting the use of this utility model, but the termination of the utility model in one start of motion, and considering the given rotation angle with the actual one. The angular error is not quickly compensated, but gradually decreases at each step of the iteration, being additionally compared in the fuzzy decision-making subsystem with the measured distances between the links and the obstacle.
Наиболее близким техническим решением, является «Устройство управления манипулятором робота (Патент на ИЗ № 2230349, МПК G05B 11/00, G05J 13/00, опубл. 27.10.2003 г.), содержащее последовательно соединенные первый блок сравнения, первый усилитель, сумматор, сервопривод, исполнительный орган, датчик угла поворота и содержащее также блок дифференцирования, подключенный через второй усилитель ко второму входу сумматора, два нелинейных элемента, второй блок сравнения, два блока выделения модуля, схема «И», схема «НЕ», шесть ключей, задатчик скорости, задатчик положения, инвертор, второй сумматор и третий усилитель, причемThe closest technical solution is the “Robot manipulator control device (Patent for IZ No. 2230349, IPC G05B 11/00, G05J 13/00, publ. 10/27/2003), containing the first comparison unit, the first amplifier, the adder, connected in series a servo drive, an actuator, a rotation angle sensor, and also comprising a differentiation unit connected via a second amplifier to the second input of the adder, two nonlinear elements, a second comparison unit, two module selection units, an “I” circuit, an “NOT” circuit, six keys, a dial speed adjuster Assumption inverter, a second adder and a third amplifier, wherein
Выход второго блока сравнения через последовательно соединенные первый нелинейный элемент с зоной нечувствительности, первый блок выделения модуля, схему «И», схему «НЕ» соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен параллельно с первым входом второго блока сравнения, выход датчика угла поворота подключен ко второму входу второго блока сравнения, к первому входу второго ключа, выход которого параллельно с выходом третьего ключа соединен со входом блока дифференцирования и выход датчика угла поворота подключен также через четвертый ключ к первому входу первого блока сравнения, выход которого соединен также с первым входом третьего ключа, выход второго нелинейного элемента через второй блок выделения модуля подключен ко второму входу схемы «И», с первым входом пятого ключа соединен выход третьего усилителя, выход пятого ключа параллельно с выходом первого ключа соединен со вторым входом первого блока сравнения, выход схемы «НЕ соединен также со вторыми входами третьего и четвертого ключей, выход схемы «И» соединен также со вторыми входами второго и пятого ключей, выход задатчика положения соединен с первым входом второго блока сравнения, а выход задатчика скорости соединен со входом второго нелинейного элемента и первым входом шестого ключа, первый выход которого соединен через инвертор с первым входом второго сумматора, выход которого соединен со входом третьего усилителя, а второй выход шестого ключа соединен со вторым входом второго сумматора, управляющий вход шестого ключа предназначен для подачи на него сигнала с первого нелинейного элемента, а второй нелинейный элемент выполнен в виде усилителя ограничителя.The output of the second comparison unit through the first non-linear element with a dead zone connected in series, the first module selection unit, the AND circuit, the NOT circuit is connected to the first input of the first key, the second input of which is connected in parallel with the first input of the second comparison unit, the output of the angle sensor the rotation is connected to the second input of the second comparison unit, to the first input of the second key, the output of which is parallel to the output of the third key connected to the input of the differentiation unit and the output of the angle sensor is connected also through the fourth key to the first input of the first comparison unit, the output of which is also connected to the first input of the third key, the output of the second nonlinear element through the second module selection unit is connected to the second input of the “I” circuit, the output of the third amplifier is connected to the first input of the fifth key, the output the fifth key in parallel with the output of the first key is connected to the second input of the first comparison unit, the output of the circuit is NOT connected also to the second inputs of the third and fourth keys, the output of the circuit And is also connected to the second inputs of the second of the fifth and fifth keys, the output of the position adjuster is connected to the first input of the second comparison unit, and the output of the speed adjuster is connected to the input of the second nonlinear element and the first input of the sixth key, the first output of which is connected through the inverter to the first input of the second adder, the output of which is connected to the input of the third amplifier, and the second output of the sixth key is connected to the second input of the second adder, the control input of the sixth key is designed to supply it with a signal from the first non-linear element, and the second non-linear element t is made in the form of an amplifier limiter.
Здесь «сигнал ошибки по скорости находится в результате дифференцирования сигнала ошибки положения, поступающий через открытый ключ 18 на входе блока дифференцирования 9». Однако дифференцирование сигнала в схеме приводит к усилению высокочастотных шумов (помех).Here "the error signal in speed is the result of the differentiation of the position error signal coming through the public key 18 at the input of the
Недостатками устройства также является не плавное регулирование, а по «логической единице», по нелинейным законам, что не снижает ошибки позиционирования малых углов и вызывает большое перерегулирование аналогового сигнала по амплитуде и увеличении времени установления процесса.The disadvantages of the device are also not smooth regulation, but according to a “logical unit”, according to non-linear laws, which does not reduce the positioning errors of small angles and causes a large overshoot of the analog signal in amplitude and an increase in the process establishment time.
Большое число элементов, таких как два нелинейных элемента, выделение модуля, два полупериодных выпрямителя; усложняют заявленное устройство и снижают его быстродействие. A large number of elements, such as two non-linear elements, the allocation of the module, two half-period rectifiers; complicate the claimed device and reduce its speed.
Задачей заявляемого устройства управления манипулятором робота является повышение быстродействия, снижение ошибки позиционирования, упрощение устройства и расширение функциональных возможностей.The task of the claimed control device for the robot arm is to increase speed, reduce positioning errors, simplify the device and expand the functionality.
Поставленная задача достигается тем, что устройство управления манипулятором робота, содержащее блок сравнения (сумматор), первый, второй и третий усилители, датчик угла поворота, подключенный к первому входу блока сравнения (сумматору) и исполнительное устройство, содержит четвертый, пятый и шестой усилители, первый и второй интеграторы; входы первого, второго, и третьего усилителей соединены с выходом сумматора, вторые входы которого связаны с датчиком угла, а первые входы соединены с выходом первого интегратора, который через посредство пятого усилителя соединен со первым входом второго интегратора, вторые, третьи, четвертые и пятые входы которого связаны с выходами второго, третьего, четвертого и шестого усилителей, соответственно; при этом выход второго интегратора подключен к первому входу первого интегратора, а также ко входам четвертого и шестого усилителей, а выход первого усилителя соединен со вторым входом первого интегратора , первый вход которого связан с выходом первого усилителя. Выходы четвертого и пятого усилителей подключены к исполнительному органу.The task is achieved in that the control device of the robot arm containing the comparison unit (adder), the first, second and third amplifiers, a rotation angle sensor connected to the first input of the comparison unit (adder) and an actuator, contains the fourth, fifth and sixth amplifiers, first and second integrators; the inputs of the first, second, and third amplifiers are connected to the output of the adder, the second inputs of which are connected to the angle sensor, and the first inputs are connected to the output of the first integrator, which is connected through the fifth amplifier to the first input of the second integrator, the second, third, fourth and fifth inputs which are associated with the outputs of the second, third, fourth and sixth amplifiers, respectively; the output of the second integrator is connected to the first input of the first integrator, as well as to the inputs of the fourth and sixth amplifiers, and the output of the first amplifier is connected to the second input of the first integrator, the first input of which is connected to the output of the first amplifier. The outputs of the fourth and fifth amplifiers are connected to the executive body.
Сущность предлагаемого изобретения представлена следующими графическими материалами:The essence of the invention is represented by the following graphic materials:
Фиг.1. Функциональная схема предлагаемого устройстваFigure 1. Functional diagram of the proposed device
Фиг.2. Переходной процесс без наблюдающего устройства и управления по угловому отклонению (слева) и угловой скорости (справа)Figure 2. Transient without observing device and control by angular deviation (left) and angular velocity (right)
Фиг.3. Переходной процесс с наблюдающим устройством и управлением по угловому отклонению (слева) и угловой скорости (справа)Figure 3. Transient with a monitoring device and control by angular deviation (left) and angular velocity (right)
Фиг.4. Переходной процесс оценки возмущающего момента с наблюдающим устройством и управлением Figure 4. Transient process of estimation of disturbing moment with observing device and control
На схеме устройства управления манипулятором робота: 1 - датчик угла поворота, 2 - блок сравнения (сумматор), 3, 4, 5, 6, 8, 9 – первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой усилители, 7, 10 - первый и второй интеграторы, 11 - исполнительный орган.On the diagram of the control device of the robot manipulator: 1 - rotation angle sensor, 2 - comparison unit (adder), 3, 4, 5, 6, 8, 9 - first, second, third, fourth, fifth and sixth amplifiers, 7, 10 - first and second integrators, 11 - executive body.
Входы первого 3, второго 4, и третьего 5 усилителей соединены с выходом сумматора 1, вторые входы которого связаны с датчиком угла 1, а первые входы соединены с выходом первого интегратора 7, который через посредство усилителя 8 соединен с первым входом второго интегратора 10, вторые, третьи, четвертые и пятые входы которого связаны с выходами второго 4, третьего 5, четвертого 6 и шестого 9 усилителей, соответственно; при этом выход второго интегратора 9 подключен к первому входу первого интегратора 7, а также ко входам четвертого 6 и шестого 9 усилителей, а выход первого усилителя 3 соединен со вторым входом первого интегратора 7, первый вход которого связан с выходом первого усилителя 3. Выходы четвертого 6 и пятого 8 усилителей подключены к исполнительному органу 11.The inputs of the first 3, second 4, and third 5 amplifiers are connected to the output of the
Работает устройство следующим образом. Сигнал датчика угла порота 1 Х1 сравнивается (вычитается) с его оценкой Х01 на сумматоре 2 и разностный сигнал поступает на первый, второй и третий усилители: 3, 4, 5, с коэффициентами усиления К1, К2, К3, соответственно. Усиленные разностные сигналы со второго 4 и третьего 5 усилителей поступают на суммирующие вторые и третьи входы интегратора 10. Выходной сигнал интегратора 10 Х02 является оценкой угловой скорости звена манипулятора, и этот сигнал поступает на входы четвертого 6 и шестого 9 усилителей, а также на первый вход первого интегратора 7, где интегрируется совместно с сигналом от первого усилителя 3. С выхода первого интегратора получают оценку углового положения Х01, который поступает как на вход сумматора (сравнивающего устройства), так и на пятый усилитель 8 сигнал с которого на первый вход второго интегратора 10, при этом сигналы сформированные четвертым 6 и пятым 8 усилителями по регулировке углового положения и угловой скорости звена манипулятора, поступают на исполнительное устройство 11. Сигнал Х03 на выходе третьего 5 усилителя, является интегральной оценкой возмущающего момента.The device operates as follows. The signal of the angle sensor of the porosity 1 X 1 is compared (subtracted) with its estimate of X 01 on the
Преимущество заявленного устройства в простоте его функциональной схемы и базирующиеся на ней электрических компонентов. В автоматическом режиме снижается угловое отклонение, обусловленное возмущающим моментом и не позволяющем точно исполнить заданные движения звена манипулятора. В устройстве есть возможность в текущем режиме регистрировать оценку углового положения на выходе интегратора 7, угловой скорости на выходе второго интегратора 10, а с выхода третьего усилителя 5 – интегральную оценку возмущающего момента. The advantage of the claimed device is the simplicity of its functional circuit and electrical components based on it. In automatic mode, the angular deviation is reduced, due to the disturbing moment and not allowing to accurately perform the specified movement of the manipulator link. The device has the ability in the current mode to record an estimate of the angular position at the output of the
Дадим теоретическое обоснование преобразованиям сигналов в заявленной схеме.We give a theoretical justification for signal transformations in the claimed circuit.
Уравнение движения звена манипулятора (Черноусько Ф.Л., Болотник Н.Н., Градецкий В.Г. Манипуляционные роботы: динамика, управление, оптимизация.- М.:Наука.1989. С.92 и с.286) имеет вид:The equation of motion of a link of a manipulator (Chernousko F.L., Bolotnik N.N., Gradetsky V.G.Manipulation robots: dynamics, control, optimization.- M.: Nauka. 1989. S.92 and p.286) has the form:
,(1) ,(one)
гдеWhere
- угол поворота звена манипулятора; - the angle of rotation of the link of the manipulator;
- суммарный момент инерции звена манипулятора; - total moment of inertia of the manipulator link;
- коэффициенты индуктивности и сопротивления электродвигателя; - coefficients of inductance and resistance of the electric motor;
- коэффициент пропорциональности между током и электромагнитным моментом; - proportionality coefficient between current and electromagnetic moment;
- управляющее напряжение. - control voltage.
Манипулятор управляется в заданном режиме, что касается поворотов звена на большие углы. При возмущающих моментах остаются некомпенсированными малые угловые отклонения. Уравнение движение звена манипулятора по отклонению параметров при некомпенсированном возмущающем моменте MB запишем в следующем виде:The manipulator is controlled in a given mode, as for the rotation of the link at large angles. At disturbing moments, small angular deviations remain uncompensated. The equation for the movement of the manipulator link with respect to the deviation of the parameters for an uncompensated disturbing moment M B can be written as follows:
,(2) , (2)
Применяя метод наблюдающих устройств (Кузовков Н.Т Модальное управление и наблюдающие устройства. М.: Машиностроение. 1976. 184 с.), и обозначая:Using the method of observing devices (Kuzovkov N.T. Modal control and observing devices. M .: Mechanical Engineering. 1976. 184 p.), And denoting:
, , , , , , , ,
Здесь индексом о- обозначена оценка параметра.Here, the o index denotes the parameter estimate.
Получим две системы уравнений. Приведем их в форме Коши. Одна из них описывает собственное движение без управления под действием возмущающего момента:We get two systems of equations. We give them in the form of Cauchy. One of them describes its own motion without control under the action of a disturbing moment:
,(3) , (3)
Другая система уравнений движения звена манипулятора с наблюдающим устройством и управлением:Another system of equations of motion of a link of a manipulator with an observing device and control:
,(4) ,(four)
где , - коэффициенты исполнительного механизма управления по углу и угловой скорости, соответственно;Where , - the coefficients of the actuator control angle and angular velocity, respectively;
, , -коэффициенты наблюдающего устройства. , , -coefficients of the observing device.
Эти постоянные коэффициенты рассчитываются путем приравнивая коэффициентов полинома наблюдающего устройства коэффициентам стандартных форм (например, биномиальной), имеющих хорошую динамическую характеристику.These constant coefficients are calculated by equating the coefficients of the polynomial of the observing device with the coefficients of standard forms (for example, binomial) having a good dynamic characteristic.
Первые два уравнения описывают динамику реального звена манипулятора под действием возмущающего момента и парирующей добавки по оценке угла и угловой скорости.The first two equations describe the dynamics of the real link of the manipulator under the action of a disturbing moment and a parry additive according to the estimate of the angle and angular velocity.
Третье, четвертое и пятое уравнение – это наблюдающее устройство с регулятором.The third, fourth and fifth equation is an observing device with a regulator.
Приведем результаты моделирования уравнения при следующих переобозначениях:We present the results of modeling the equation with the following notation:
, , , , , , , ,
Результаты моделирования уравнений (3) - без наблюдающего устройства и без управления и уравнений (4) с наблюдающим устройством и управлением, и по углу и угловой скорости приведено на рис.2 и рис.3, соответственно.The results of modeling equations (3) - without an observing device and without control and equations (4) with an observing device and control, and by angle and angular velocity are shown in Fig. 2 and Fig. 3, respectively.
Оценка возмущающего момента, заданного во втором уравнении (4) М=90 отн. ед., наблюдающим устройством и управлением, приведена на рис.4.Evaluation of the disturbing moment specified in the second equation (4) M = 90 Rel. units, an observing device and control, is shown in Fig. 4.
Сравнение показало снижение ошибки позиционирования, т.е. амплитуды переходного процесса по углу поворота звена манипулятора в 4,5 раза, по угловой скорости в 3 раза, а время установившегося процесса в 2 раза при снабжении дополнительным управлением и наблюдающим устройством. The comparison showed a decrease in positioning error, i.e. amplitudes of the transient process according to the angle of rotation of the link of the manipulator by 4.5 times, by the angular velocity by 3 times, and the time of the steady-state process by 2 times when equipped with additional control and an observing device.
Схемное решение уравнения алгоритма (4) в виде функциональной схемы рис.1., выполненной, например, на операционных усилителях, позволяет организовать интеграторы (с конденсатором в обратной связи), усилители, с коэффициентами усиления, равными отношению сопротивлений в обратной и прямой связи, а также сумматоров и элементов сравнения при подключении сигнала по прямому или дифференциальному входам, соответственно.The circuit solution of the equation of algorithm (4) in the form of a functional diagram of Fig. 1., Performed, for example, on operational amplifiers, allows you to organize integrators (with a capacitor in feedback), amplifiers with amplification factors equal to the ratio of resistances in feedback and direct coupling, as well as adders and comparison elements when connecting a signal via direct or differential inputs, respectively.
Технический результат заявленного устройства состоит в снижении погрешности позиционирования по углу, обусловленной формированием оценки углового положения и принуждением к ее уменьшению за счет соответствующего регулирования по углу и угловой скорости;в упрощении функциональной схемы за счет отсутствия нелинейных элементов и ключей, при этом схема устройства выполнена на двух интеграторах, одном сумматоре и шести усилителях; в расширении функциональных возможностей за счет извлечения из узлов схемы в текущем режиме оценок угла, угловой скорости и возмущающего момента звена для проверки, настройки или калибровки.The technical result of the claimed device consists in reducing the positioning error in the angle due to the formation of an estimate of the angular position and forcing it to be reduced due to appropriate adjustment in angle and angular velocity; in simplifying the functional diagram due to the absence of non-linear elements and keys, while the device diagram is made on two integrators, one adder and six amplifiers; in expanding the functionality by extracting from the circuit nodes in the current mode estimates of the angle, angular velocity and disturbing moment of the link for verification, adjustment or calibration.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143747A RU2701459C1 (en) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | Robot manipulator control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018143747A RU2701459C1 (en) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | Robot manipulator control device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2701459C1 true RU2701459C1 (en) | 2019-09-26 |
Family
ID=68063344
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018143747A RU2701459C1 (en) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | Robot manipulator control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2701459C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4925312A (en) * | 1988-03-21 | 1990-05-15 | Staubli International Ag | Robot control system having adaptive feedforward torque control for improved accuracy |
SU1673433A1 (en) * | 1989-01-06 | 1991-08-30 | Дальневосточный политехнический институт им.В.В.Куйбышева | Device for controlling manipulatorъs drive |
US5103404A (en) * | 1985-12-06 | 1992-04-07 | Tensor Development, Inc. | Feedback for a manipulator |
RU2079867C1 (en) * | 1994-04-05 | 1997-05-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Device for control of robot drive |
RU2277042C1 (en) * | 2004-12-30 | 2006-05-27 | Амурский государственный университет | Control apparatus for robot-manipulator |
-
2018
- 2018-12-11 RU RU2018143747A patent/RU2701459C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5103404A (en) * | 1985-12-06 | 1992-04-07 | Tensor Development, Inc. | Feedback for a manipulator |
US4925312A (en) * | 1988-03-21 | 1990-05-15 | Staubli International Ag | Robot control system having adaptive feedforward torque control for improved accuracy |
SU1673433A1 (en) * | 1989-01-06 | 1991-08-30 | Дальневосточный политехнический институт им.В.В.Куйбышева | Device for controlling manipulatorъs drive |
RU2079867C1 (en) * | 1994-04-05 | 1997-05-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Device for control of robot drive |
RU2277042C1 (en) * | 2004-12-30 | 2006-05-27 | Амурский государственный университет | Control apparatus for robot-manipulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Atkeson et al. | Robot trajectory learning through practice | |
CN105773623B (en) | SCARA robotic tracking control methods based on the study of forecasting type Indirect iteration | |
Yang et al. | Adaptive integral robust control of hydraulic systems with asymptotic tracking | |
Yildiz et al. | Sliding-mode neuro-controller for uncertain systems | |
Sun et al. | Neural active disturbance rejection output control of multimotor servomechanism | |
Kali et al. | Optimal super-twisting algorithm with time delay estimation for robot manipulators based on feedback linearization | |
KR102275302B1 (en) | RBFNN Based Decentralized Adaptive Tracking Control Using PSO for an Uncertain Electrically Driven Robot System with Input Saturation | |
WO2019159534A1 (en) | Vehicle speed control device and vehicle speed control method | |
CN107577146B (en) | Neural network self-adaptive control method of servo system based on friction integral approximation | |
JP2013003845A (en) | Built-in intelligence controller, control system, control program, recording medium, and control method | |
CN113305839B (en) | Admittance control method and admittance control system of robot and robot | |
CN112643670B (en) | Flexible joint control method based on sliding-mode observer | |
Tamizi et al. | Experimental study on a novel simultaneous control and identification of a 3-dof delta robot using model reference adaptive control | |
Cortesão | On Kalman active observers | |
JPH05127706A (en) | Neural network type simulator | |
CN116638507A (en) | Teleoperation control method combining self-adaptive impedance control and predictive control | |
RU2701459C1 (en) | Robot manipulator control device | |
CN109743002A (en) | Servo system controller, feed-forward control signals determine method, inertia identification method | |
CN107263455B (en) | The Position Tracking Control method of two degrees of freedom SCARA robot | |
Weigand et al. | Hybrid data-driven modelling for inverse control of hydraulic excavators | |
Yang et al. | Position measurement based slave torque feedback control for teleoperation systems with time-varying communication delays | |
Priandana et al. | Development of computational intelligence-based control system using backpropagation neural network for wheeled robot | |
CN114211478B (en) | Optimal control method and system for coordinated operation of modular mechanical arm | |
CN116239022A (en) | Bridge crane positioning anti-swing model-free self-adaptive control method | |
JPH07319558A (en) | Detection of force in force controller |