RU2705737C1 - Self-tuning electric manipulator drive - Google Patents

Self-tuning electric manipulator drive Download PDF

Info

Publication number
RU2705737C1
RU2705737C1 RU2018123898A RU2018123898A RU2705737C1 RU 2705737 C1 RU2705737 C1 RU 2705737C1 RU 2018123898 A RU2018123898 A RU 2018123898A RU 2018123898 A RU2018123898 A RU 2018123898A RU 2705737 C1 RU2705737 C1 RU 2705737C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
adder
multiplication unit
sensor
Prior art date
Application number
RU2018123898A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Федорович Филаретов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)
Priority to RU2018123898A priority Critical patent/RU2705737C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2705737C1 publication Critical patent/RU2705737C1/en

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
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: robotics.
SUBSTANCE: invention relates to robotics and can be used in creation of manipulator drives. Invention objective is to ensure complete invariance of dynamic properties of electric drive of second degree of manipulator mobility to continuous and rapid changes of its dynamic moment load characteristics and thereby increasing dynamic accuracy of its control during arbitrary linear movement of the manipulator base in the horizontal plane. Device further includes elements and links which take into account the direction of movement of the base of the manipulator in the horizontal plane, which provide complete invariance of the quality of control to varying load parameters.
EFFECT: generation of additional control signal supplied to drive input of horizontal degree of manipulator mobility, which creates momentary action compensating for influence of other degrees of mobility on qualitative indices of operation of considered drive.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании приводов роботов.The invention relates to robotics and can be used to create robot drives.

Известен самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, измеряющим линейные перемещения манипулятора в горизонтальной плоскости, выход которого через третий сумматор, второй вход которого соединен со входом устройства, подключен к первому входу первого сумматора, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, последовательно соединенные задатчик постоянного сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы и вторым входом первого блока умножения, а выход через второй блок умножения - с третьим входом третьего сумматора, выход которого подключен ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости, установленный в первой степени подвижности манипулятора, квадратор, третий блок умножения и пятый сумматор, выход которого подключен ко второму входу второго блока умножения, а второй вход - к выходом четвертого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу датчика ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, а второй - к выходу синусного функционального преобразователя, вход которого через косинусный функциональный преобразователь подключен ко второму входу третьего блока умножения, и второй датчик положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, последовательно соединенные источник сигнала углового положения и шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика положения, а выход - к входу синусного функционального преобразователя (патент RU №2631783, кл. B25J 13/00, G05B 13/02, БИ №27, 2017 г.).A self-adjusting manipulator electric drive is known, comprising a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and a motor connected to the first speed sensor directly and through a gearbox with a first position sensor measuring the linear displacement of the manipulator in a horizontal plane, the output of which is through the third adder , the second input of which is connected to the input of the device, is connected to the first input of the first adder, a relay block and a third connected in series the adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the second input of the first adder, a constant signal generator connected in series, the fourth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor and the second input of the first multiplication unit, and the output through the second block multiplication - with the third input of the third adder, the output of which is connected to the second input of the second adder, the third input of which is connected to the output of the first adder, connected in series to the second sensor to the speed set in the first degree of mobility of the manipulator, a quadrator, a third multiplication unit and a fifth adder, the output of which is connected to the second input of the second multiplication unit, and the second input to the output of the fourth multiplication unit, the first input of which is connected to the output of the acceleration sensor installed in the first degree of mobility of the manipulator, and the second to the output of the sine functional converter, the input of which is connected through the cosine functional converter to the second input of the third multiplication unit, and w A second position sensor installed in the first degree of manipulator mobility, a source of an angular position signal and a sixth adder connected in series, the second input of which is connected to the output of the second position sensor, and the output to the input of a sine function converter (RU patent No. 2631783, cl. B25J 13/00, G05B 13/02, BI No. 27, 2017).

Недостатком этого устройства является то, что в электроприводе рассматриваемого манипулятора не учтена, считаясь малой, электрическая постоянная времени. В результате это устройство не будет точно компенсировать все его переменные нагрузочные характеристики и обеспечивать требуемую динамическую точность работы.The disadvantage of this device is that the electric drive of the manipulator in question is not taken into account, being considered small, the electric time constant. As a result, this device will not accurately compensate for all its variable load characteristics and provide the required dynamic accuracy.

Известно также устройство для управления приводом робота (патент RU №2257288, кл. B25J 13/00, БИ №21, 2005 г.), содержащее последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на основании робота, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и первому входу первого сумматора, третий вход - к выходу второго блока умножения, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные первый датчик положения и четвертый сумматор, второй вход которого подключен ко входу устройства, а выход - ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости, квадратор и третий блок умножения, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом источника постоянного сигнала, а выход - с первым входом второго блока умножения, причем выход датчика массы соединен со вторым входом первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, синусный функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения и шестой сумматор, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения, а выход - со вторым входом второго блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, последовательно соединенные дифференциатор, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу пятого блока умножения, и шестой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом синусного функционального преобразователя, а выход - с третьим входом шестого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости и первому входу пятого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом квадратора, а второй вход - к выходу датчика ускорения и входу дифференциатора, и восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу косинусного функционального преобразователя, а выход - к четвертому входу шестого сумматора, а также второй датчик ускорения, механически соединенный входом с выходным валом двигателя, а выходом - с четвертым входом второго сумматора. Это устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению и принято за прототип.A device for controlling a robot drive is also known (patent RU No. 2257288, class B25J 13/00, BI No. 21, 2005), comprising a series-connected first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an engine connected to the first sensor speed directly and through the gearbox - with a gear driving a rail fixed motionlessly on the base of the robot, a relay block and a third adder connected in series, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay block and the first input of the first adder, the third input is to the output of the second multiplication unit, and the output is to the second input of the second adder, the third input of which is connected to the output of the first adder, the first position sensor and the fourth adder are connected in series, the second input of which is connected to the device input, and the output is to the second input of the first adder, a second speed sensor, a quadrator and a third multiplication unit connected in series, a mass sensor and a fifth adder connected in series, the second input of which is connected to the source output a signal, and the output is with the first input of the second multiplication unit, and the output of the mass sensor is connected to the second input of the first multiplication unit, the second position sensor, a sine function converter, the fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor and the sixth, are connected in series an adder, the second input of which is connected to the output of the third multiplication unit, and the output to the second input of the second multiplication unit, the second input of the third multiplication unit through the cosine functional the second converter is connected to the output of the second position sensor, a differentiator connected in series, a seventh adder, the second input of which is connected to the output of the fifth multiplication unit, and a sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sine function converter, and the output to the third input of the sixth adder, connected in series to the seventh multiplication unit, the first input of which is connected to the output of the second speed sensor and the first input of the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output ohm of the quadrator, and the second input is to the output of the acceleration sensor and the input of the differentiator, and the eighth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the cosine functional converter, and the output to the fourth input of the sixth adder, as well as the second acceleration sensor, mechanically connected by the input to the output the motor shaft, and the output with the fourth input of the second adder. This device in its technical essence is the closest to the proposed invention and is taken as a prototype.

Но в нем перемещение основания манипулятора в необходимом направлении в горизонтальной плоскости обеспечивается сразу двумя степенями подвижности (двумя приводами), что усложняет и утяжеляет манипулятор в целом. Особо усложняется вся конструкция, если основание манипулятора в процессе выполнения рабочих операций требуется контролируемо перемещать на большие расстояния. Вместо этого манипулятор целесообразно просто устанавливать на компактное мобильное основание, перемещаемое в нужном направлении.But in it, the movement of the base of the manipulator in the necessary direction in the horizontal plane is immediately ensured by two degrees of mobility (two drives), which complicates and complicates the manipulator as a whole. The whole design is especially complicated if the base of the manipulator is required to be controlled over long distances in the process of performing work operations. Instead, it is advisable to simply mount the manipulator on a compact mobile base that moves in the right direction.

Задачей заявляемого технического решения является обеспечение полной инвариантности динамических свойств произвольного линейного перемещения манипулятора в горизонтальной плоскости к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при одновременном движении по всем рассматриваемым степеням подвижности и, тем самым, повышение его динамической точности управления.The objective of the proposed technical solution is to ensure the complete invariance of the dynamic properties of an arbitrary linear movement of the manipulator in the horizontal plane to continuous and rapid changes in its dynamic moment load characteristics while simultaneously moving along all the degrees of mobility considered and, thereby, increasing its dynamic control accuracy.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход привода горизонтальной степени подвижности манипулятора, который создает моментное воздействие, компенсирующее влияние других степеней подвижности на качественные показатели работы рассматриваемого привода.The technical result that can be obtained by implementing the claimed technical solution is expressed in the formation of an additional control signal supplied to the drive input of the horizontal degree of mobility of the manipulator, which creates a momentary effect that compensates for the effect of other degrees of mobility on the quality performance of the drive in question.

Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на основании робота, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и первому входу первого сумматора, третий вход - к выходу второго блока умножения, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные первый датчик положения и четвертый сумматор, второй вход которого подключен ко входу устройства, а выход - ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости, квадратор и третий блок умножения, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом источника постоянного сигнала, а выход - с первым входом второго блока умножения, причем выход датчика массы соединен со вторым входом первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, синусный функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика ускорения и шестой сумматор, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения, а выход - со вторым входом второго блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, последовательно соединенные дифференциатор, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу пятого блока умножения, и шестой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом синусного функционального преобразователя, а выход - с третьим входом шестого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости и первому входу пятого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом квадратора, а второй вход - к выходу датчика ускорения и входу дифференциатора, и восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу косинусного функционального преобразователя, а выход - к четвертому входу шестого сумматора, а также второй датчик ускорения, механически соединенный входом с выходным валом двигателя, а выходом - с четвертым входом второго сумматора, дополнительно вводятся последовательно соединенные источник сигнала углового положения и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика положения, а выход - к входам синусного и косинусного функциональных преобразователей.The problem is solved in that in a self-adjusting electric drive of the manipulator, comprising a series-connected first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an engine connected to the first speed sensor directly and through a reducer, with a gear driving the rail fixed on the base a robot, a relay unit and a third adder connected in series, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the first input of the first the adder, the third input to the output of the second multiplication unit, and the output to the second input of the second adder, the third input of which is connected to the output of the first adder, the first position sensor and the fourth adder connected in series, the second input of which is connected to the device input, and the output to the second input of the first adder, the second speed sensor, the quadrator and the third multiplication unit connected in series, the mass sensor and the fifth adder in series, the second input of which is connected to the output of the constant source signal, and the output is with the first input of the second multiplication unit, and the output of the mass sensor is connected to the second input of the first multiplication unit, a second position sensor, a sine function converter, a fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor and the sixth adder, are connected in series the second input of which is connected to the output of the third block of multiplication, and the output to the second input of the second block of multiplication, and the second input of the third block of multiplication through the cosine functional transform the device is connected to the output of the second position sensor, a differentiator connected in series, a seventh adder, the second input of which is connected to the output of the fifth multiplication unit, and a sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sine function converter, and the output to the third input of the sixth adder, in series connected to the seventh multiplication unit, the first input of which is connected to the output of the second speed sensor and the first input of the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the quad and the second input is to the output of the acceleration sensor and the input of the differentiator, and the eighth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the cosine functional converter, and the output to the fourth input of the sixth adder, as well as the second acceleration sensor, mechanically connected by the input to the output shaft of the engine, and the output - with the fourth input of the second adder, additionally input the serially connected signal source of the angular position and the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the second position sensor And the output - to the input sine and cosine functional converters.

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

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают простоту конструкции манипулятора, а также высокую точность и устойчивость работы рассматриваемого электропривода в условиях существенного изменения параметров его нагрузки.Moreover, the distinctive features of the claims provide the simplicity of the design of the manipulator, as well as the high accuracy and stability of the considered electric drive under conditions of a significant change in the parameters of its load.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, гдеThe essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства;in FIG. 1 shows a functional diagram of a device;

на фиг. 2 - кинематическая схема манипулятора;in FIG. 2 - kinematic diagram of the manipulator;

на фиг. 3 - вид кинематической схемы манипулятора сверху.in FIG. 3 is a top view of the manipulator kinematic diagram.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, усилитель 4 и двигатель 5, связанный с первым датчиком скорости 6 непосредственно и через редуктор 7 - с шестерней 8, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на основании робота, последовательно соединенные релейный блок 9 и третий сумматор 10, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, входу релейного блока 9 и первому входу первого сумматора 1, третий вход - к выходу второго блока 11 умножения, а выход - ко второму входу второго сумматора 3, третий вход которого подключен к выходу первого сумматора 1, последовательно соединенные первый датчик 12 положения и четвертый сумматор 13, второй вход которого подключен ко входу устройства, а выход - ко второму входу первого сумматора 1, последовательно соединенные второй датчик 14 скорости, квадратор 15 и третий блок 16 умножения, последовательно соединенные датчик 17 массы и пятый сумматор 18, второй вход которого соединен с выходом источника 19 постоянного сигнала, а выход - с первым входом второго блока 11 умножения, причем выход датчика 17 массы соединен со вторым входом первого блока 2 умножения, последовательно соединенные второй датчик 20 положения, синусный функциональный преобразователь 21, четвертый блок 22 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 23 ускорения и шестой сумматор 24, второй вход которого соединен с выходом третьего блока 16 умножения, а выход - со вторым входом второго блока 11 умножения, причем второй вход третьего блока 16 умножения через косинусный функциональный преобразователь 25 подключен к выходу второго датчика 20 положения, последовательно соединенные дифференциатор 26, седьмой сумматор 27, второй вход которого подключен к выходу пятого блока 28 умножения, и шестой блок 29 умножения, второй вход которого соединен с выходом синусного функционального преобразователя 21, а выход - с третьим входом шестого сумматора 24, последовательно соединенные седьмой блок 30 умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика 14 скорости и первому входу пятого блока 28 умножения, второй вход которого соединен с выходом квадратора 15, а второй вход - к выходу датчика 23 ускорения и входу дифференциатора 26, и восьмой блок 31 умножения, второй вход которого подключен к выходу косинусного функционального преобразователя 25, а выход - к четвертому входу шестого сумматора 24, а также второй датчик ускорения 32, механически соединенный входом с выходным валом двигателя 5, а выходом - с четвертым входом второго сумматора 3, последовательно соединенные источник 33 сигнала углового положения и восьмой сумматор 34, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 20 положения, а выход - к входам синусного 21 и косинусного 25 функциональных преобразователей.The self-adjusting electric drive of the manipulator contains a first adder 1, a first multiplication unit 2, a second adder 3, an amplifier 4, and an engine 5 connected in series with the first speed sensor 6 directly and through a reducer 7 with a gear 8 that drives the rail fixed to the base a robot connected in series to the relay unit 9 and the third adder 10, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor 6, the input of the relay unit 9 and the first input of the first adder 1, the third input to the second block 11 of multiplication, and the output to the second input of the second adder 3, the third input of which is connected to the output of the first adder 1, the first position sensor 12 and the fourth adder 13 are connected in series, the second input of which is connected to the input of the device, and the output to the second the input of the first adder 1, the second speed sensor 14, the quadrator 15 and the third multiplication unit 16, the mass sensor 17 and the fifth adder 18, the second input of which is connected to the output of the constant signal source 19, are connected in series, and the output is with the first input of the second multiplication unit 11, the output of the mass sensor 17 being connected to the second input of the first multiplying unit 2, the second position sensor 20 connected in series, the sine function converter 21, the fourth multiplication unit 22, the second input of which is connected to the output of the sensor 23 acceleration and the sixth adder 24, the second input of which is connected to the output of the third block 16 of multiplication, and the output to the second input of the second block 11 of multiplication, and the second input of the third block 16 of multiplication through the cosine functional pre the browser 25 is connected to the output of the second position sensor 20, the differentiator 26 is connected in series, the seventh adder 27, the second input of which is connected to the output of the fifth multiplication unit 28, and the sixth multiplication unit 29, the second input of which is connected to the output of the sine function converter 21, and the output is with the third input of the sixth adder 24, connected in series to the seventh multiplication unit 30, the first input of which is connected to the output of the second speed sensor 14 and the first input of the fifth multiplication unit 28, the second input of which is connected nen with the output of the quadrator 15, and the second input to the output of the acceleration sensor 23 and the input of the differentiator 26, and the eighth multiplication unit 31, the second input of which is connected to the output of the cosine functional converter 25, and the output to the fourth input of the sixth adder 24, as well as the second acceleration sensor 32, mechanically connected by the input to the output shaft of the engine 5, and the output with the fourth input of the second adder 3, the angular position signal source 33 and the eighth adder 34, the second input of which is connected to the output of the second position sensor 20, and the output - to the inputs of the sine and cosine 21 25 functional transducer.

Рассматриваемый электропривод управляет линейным перемещением в горизонтальной плоскости основания манипулятора (обобщенная координата q2). Конструкция манипулятора позволяет осуществлять еще поворот вертикального звена (обобщенная координата q1) и вертикальное прямолинейное перемещение (обобщенная координата q3). Три ориентирующие степени подвижности манипулятора (вблизи его схвата) ввиду их малого влияния на координату q2 не рассматриваются.The considered electric drive controls linear movement in the horizontal plane of the base of the manipulator (generalized coordinate q 2 ). The design of the manipulator allows you to still rotate the vertical link (generalized coordinate q 1 ) and vertical rectilinear movement (generalized coordinate q 3 ). Three orienting degrees of manipulator mobility (near its grip), due to their small influence on the q 2 coordinate, are not considered.

На чертежах введены следующие обозначения: qвх - сигнал желаемого значения координаты q2; ε - ошибка электропривода;

Figure 00000001
- скорость и ускорение обобщенной координаты q1; m1, m2, mг - массы соответствующих звеньев манипулятора и захваченного груза; l=const - расстояние от оси вращения горизонтального звена до его центра масс; lГ - расстояние от оси вращения горизонтального звена до груза;
Figure 00000002
- скорость вращения ротора двигателя второй степени подвижности; U*, U - соответственно, усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 5; α - текущее значения угла, который очередная прямолинейная траектория движения основания манипулятора по координате q2 составляет с осью X.The following notation is introduced in the drawings: q i — signal of the desired value of the coordinate q 2 ; ε is the error of the electric drive;
Figure 00000001
- speed and acceleration of the generalized coordinates q 1 ; m 1 , m 2 , m g are the masses of the corresponding parts of the manipulator and the captured cargo; l = const is the distance from the axis of rotation of the horizontal link to its center of mass; l G - the distance from the axis of rotation of the horizontal link to the load;
Figure 00000002
- rotational speed of the rotor of the engine of the second degree of mobility; U *, U - respectively, the amplified signal and the control signal of the electric motor 5; α is the current value of the angle that the next rectilinear trajectory of the base of the manipulator along the coordinate q 2 is with the X axis

В процессе перемещения манипулятора в горизонтальной плоскости на электропривод, управляющий его координатой q2, действует моментIn the process of moving the manipulator in a horizontal plane to the electric drive, controlling its coordinate q 2 , the moment acts

Figure 00000003
Figure 00000003

Н=(m1+m2+mг)r2,

Figure 00000004
H = (m 1 + m 2 + m g ) r 2 ,
Figure 00000004

где r - радиус передачи (шестерни) преобразующей вращательное движение выходного вала электропривода, в поступательное движение основания манипулятора по координате q2 в горизонтальной плоскости.where r is the radius of the transmission (gear) converting the rotational motion of the output shaft of the electric drive into the translational motion of the base of the manipulator along the coordinate q 2 in the horizontal plane.

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

Figure 00000005
и механической
Figure 00000006
Figure 00000007
цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения, рассматриваемый электропривод манипулятора описывается следующим дифференциальным уравнением:
Figure 00000008
Taking into account relations (1) and (2), as well as the equations of electric
Figure 00000005
and mechanical
Figure 00000006
Figure 00000007
DC motor circuits with permanent magnets or independent excitation, the manipulator electric drive under consideration is described by the following differential equation:
Figure 00000008

где R - активное сопротивления якорной цепи электродвигателя 5; J - момент инерции якоря двигателя и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу электродвигателя; kм - коэффициент крутящего момента; kω - коэффициент противоЭДС; kв - коэффициент вязкого трения; ip - передаточное отношение редуктора; Мстр - момент сухого трения; kу - коэффициент усиления усилителя 4; i - ток якоря электродвигателя 5;

Figure 00000009
Figure 00000010
where R is the active resistance of the anchor circuit of the electric motor 5; J is the moment of inertia of the motor armature and the rotating parts of the gearbox, brought to the motor shaft; k m - torque coefficient; k ω is the counter-emf coefficient; k in - coefficient of viscous friction; i p - gear ratio; M p is the moment of dry friction; k y - gain of the amplifier 4; i is the armature current of the electric motor 5;
Figure 00000009
Figure 00000010

Из уравнения (3) видно, что его параметры, а, следовательно, параметры и динамические свойства электропривода, управляющего координатой q2 являются существенно переменными, зависящими от

Figure 00000011
и mг. В результате для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры электропривода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.From equation (3) it can be seen that its parameters, and, therefore, the parameters and dynamic properties of the electric drive controlling the coordinate q 2 are essentially variable, depending on
Figure 00000011
and m g . As a result, in order to accomplish the task set above, it is necessary to form such a corrective device that would stabilize the parameters of the electric drive in such a way that it would be described by a differential equation with constant desired parameters.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Полагается, что при одном рабочем цикле при движении манипулятора по оси q2 он будет способен выполнить все рабочие операции со всеми объектами работ, которые в некотором ограниченном коридоре могут располагаться по обе стороны от этой оси.It is believed that with one working cycle when the manipulator moves along the q 2 axis, he will be able to perform all work operations with all work objects that can be located on either side of this axis in a limited corridor.

Первый положительный вход сумматора 1 (со стороны сумматора 13) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления kω/kу. В результате на выходе сумматора 1 формируется сигнал

Figure 00000012
The first positive input of the adder 1 (from the adder 13) has a unity gain, and its second negative input has a gain k ω / k у . As a result, at the output of the adder 1, a signal is generated
Figure 00000012

Источник 19 постоянного сигнала формирует сигнал m1, а датчик 17 измеряет величину mг. Первый положительный вход сумматора 18 (со стороны датчика 17) имеет коэффициент усиления lгr/ip, а его второй положительный вход - коэффициент усиления lr/ip. В результате на выходе сумматора 18 формируется сигнал r(m1l+mгlг)/ip.A constant signal source 19 generates a signal m 1 , and a sensor 17 measures the value of m g . The first positive input of the adder 18 (from sensor 17) has a gain g l r / i p, and its second positive input - gain lr / i p. As a result, at the output of the adder 18, a signal r (m 1 l + m g l g ) / i p is generated.

Датчики 20, 14 и 23 установлены в первой степени подвижности манипулятора (фиг. 2) и измеряют координаты

Figure 00000013
соответственно. Сумматор 34 имеют единичные коэффициенты усиления. Источник 33 (датчик угла или гироскоп) формирует сигнал угла α, который подается на первый отрицательный вход сумматора 26, а на его второй положительный вход подается сигнал q1. На выходе блока 20 формируется сигнал
Figure 00000014
на выходе блока 18 - сигнал
Figure 00000015
а на выходе сумматора 19, имеющего положительные входы с единичными коэффициентами усиления - сигнал
Figure 00000016
The sensors 20, 14 and 23 are installed in the first degree of mobility of the manipulator (Fig. 2) and measure the coordinates
Figure 00000013
respectively. The adder 34 have unit gain. A source 33 (an angle sensor or a gyroscope) generates an angle signal α, which is supplied to the first negative input of the adder 26, and a signal q 1 is supplied to its second positive input. At the output of block 20, a signal is generated
Figure 00000014
at the output of block 18 - signal
Figure 00000015
and at the output of the adder 19 having positive inputs with unity gain - a signal
Figure 00000016

Первый отрицательный (со стороны дифференциатора 26) и второй положительный входы сумматора 27 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе блока умножения 29 формируется сигнал

Figure 00000017
The first negative (from the side of the differentiator 26) and the second positive inputs of the adder 27 have unity gain. As a result, a signal is generated at the output of the multiplication unit 29
Figure 00000017

Первый и второй отрицательные (соответственно со стороны блоков 22 и 16) входы сумматора 24 имеют единичные коэффициенты усиления, третий положительный (со стороны блока 29) - коэффициент усиления, равный L/R, а четвертый отрицательный, на вход которого поступает сигнал

Figure 00000018
- коэффициент усиления, равный 3L/R,. В результате на выходе блока 11 умножения формируется сигнал
Figure 00000019
The first and second negative (respectively from the side of blocks 22 and 16) inputs of the adder 24 have unity gains, the third positive (from the side of block 29) has a gain equal to L / R, and the fourth negative, at the input of which the signal
Figure 00000018
- gain equal to 3L / R ,. As a result, a signal is generated at the output of the multiplication unit 11
Figure 00000019

Выходной сигнал релейного элемента 9 имеет видThe output signal of the relay element 9 has the form

Figure 00000020
Figure 00000020

где |Мт| - величина момента сухого трения при вращении двигателя.where | M t | - the magnitude of the dry friction during rotation of the engine.

Первый (со стороны релейного элемента 9) и третий (со стороны блока 11) положительные входы сумматора 10 имеют единичные коэффициенты усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления, равный

Figure 00000021
. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал
Figure 00000022
The first (from the side of the relay element 9) and the third (from the side of block 11) the positive inputs of the adder 10 have unity gains, and its second positive input is a gain equal to
Figure 00000021
. As a result, a signal is generated at the output of this adder
Figure 00000022

Все входы сумматора 3 положительные. Его первый вход (со стороны блока 2) имеет коэффициент усиления

Figure 00000023
(где Jн - номинальное значение момента инерции, приведенного к валу электродвигателя 5), второй (со стороны сумматора 10) - коэффициент усиления, равный R/(kмky), третий (со стороны сумматора 1) - коэффициент усиления
Figure 00000024
а четвертый - коэффициент усиления kBL/(kMkУ).All inputs of adder 3 are positive. Its first input (from the side of block 2) has a gain
Figure 00000023
(where J n is the nominal value of the moment of inertia reduced to the shaft of the electric motor 5), the second (from the adder 10) is the gain equal to R / (k m k y ), the third (from the adder 1) is the gain
Figure 00000024
and the fourth is the gain k B L / (k M k Y ).

В результате на выходе сумматора 3 формируется сигналAs a result, at the output of the adder 3, a signal is generated

Figure 00000025
Figure 00000025

Несложно показать, что поскольку

Figure 00000026
при движении привода достаточно точно соответствует Мстр, то, подставив полученное значение U* (4) в соотношение (3), получим уравнениеIt is easy to show that since
Figure 00000026
when the drive moves quite accurately corresponds to M p , then, substituting the obtained value U * (4) in relation (3), we obtain the equation

Figure 00000027
Figure 00000027

которое имеет постоянные желаемые параметры. То есть рассматриваемый привод, управляющий координатой q2, будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями, которые определяются выбором желаемых значений ky, Jн.which has constant desired parameters. That is, the drive in question, controlling the coordinate q 2 , will have constant desired dynamic properties and quality indicators, which are determined by the choice of the desired values of k y , J n .

Claims (1)

Самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на основании робота, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и первому входу первого сумматора, третий вход - к выходу второго блока умножения, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные первый датчик положения и четвертый сумматор, второй вход которого подключен к входу устройства, а выход - ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости, квадратор и третий блок умножения, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом источника постоянного сигнала, а выход - с первым входом второго блока умножения, причем выход датчика массы соединен со вторым входом первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, синусный функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика ускорения и шестой сумматор, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения, а выход - со вторым входом второго блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, последовательно соединенные дифференциатор, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу пятого блока умножения, и шестой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом синусного функционального преобразователя, а выход - с третьим входом шестого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости и первому входу пятого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом квадратора, а второй вход - к выходу датчика ускорения и входу дифференциатора, и восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу косинусного функционального преобразователя, а выход - к четвертому входу шестого сумматора, а также второй датчик ускорения, механически соединенный входом с выходным валом двигателя, а выходом - с четвертым входом второго сумматора, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные источник сигнала углового положения и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика положения, а выход - к входам синусного и косинусного функциональных преобразователей.A self-adjusting manipulator electric drive containing a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an engine connected to the first speed sensor directly and through a gearbox with a gear driving a rail fixed motionless on the base of the robot, a relay unit connected in series, and the third adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the first input of the first adder, the third input to the output of the second multiplication unit, and the output to the second input of the second adder, the third input of which is connected to the output of the first adder, the first position sensor and the fourth adder are connected in series, the second input of which is connected to the input of the device, and the output to the second input of the first adder, connected in series to the second a speed sensor, a quadrator and a third multiplication unit, a mass sensor and a fifth adder connected in series, the second input of which is connected to the output of the constant signal source, and the output to the first input of the second about the multiplication unit, and the output of the mass sensor is connected to the second input of the first multiplication unit, a second position sensor, a sine function converter, a fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor and a sixth adder, the second input of which is connected to the output of the third block multiplication, and the output with the second input of the second multiplication unit, and the second input of the third multiplication unit through a cosine functional converter is connected to the output of the second sensor positions connected in series to the differentiator, the seventh adder, the second input of which is connected to the output of the fifth multiplication unit, and the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sine function converter, and the output to the third input of the sixth adder, the seventh multiplication unit connected in series, the first the input of which is connected to the output of the second speed sensor and the first input of the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the quadrator, and the second input to the output of the acceleration sensor I and the input of the differentiator, and the eighth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the cosine functional converter, and the output to the fourth input of the sixth adder, and also the second acceleration sensor, mechanically connected to the input with the output shaft of the engine, and the output to the fourth input of the second the adder, characterized in that the serially connected signal source of the angular position and the eighth adder are additionally introduced, the second input of which is connected to the output of the second position sensor, and the output to the inputs with cosine and cosine functional converters.
RU2018123898A 2018-06-29 2018-06-29 Self-tuning electric manipulator drive RU2705737C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123898A RU2705737C1 (en) 2018-06-29 2018-06-29 Self-tuning electric manipulator drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123898A RU2705737C1 (en) 2018-06-29 2018-06-29 Self-tuning electric manipulator drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2705737C1 true RU2705737C1 (en) 2019-11-11

Family

ID=68579469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018123898A RU2705737C1 (en) 2018-06-29 2018-06-29 Self-tuning electric manipulator drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2705737C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0120198A1 (en) * 1983-02-26 1984-10-03 Gesellschaft für digitale Automation mbH Method of operating an industrial robot in robot kinematic foreign coordinates
WO1998034762A1 (en) * 1997-02-07 1998-08-13 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Non-interactive controller for robots
RU2257288C1 (en) * 2004-03-29 2005-07-27 Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской Академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Device for control of robot actuator
RU2394674C2 (en) * 2008-07-30 2010-07-20 Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН) Self-adaptive electric drive of robot
RU2631784C1 (en) * 2016-06-22 2017-09-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Self-adjusting electric drive of manipulator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0120198A1 (en) * 1983-02-26 1984-10-03 Gesellschaft für digitale Automation mbH Method of operating an industrial robot in robot kinematic foreign coordinates
WO1998034762A1 (en) * 1997-02-07 1998-08-13 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Non-interactive controller for robots
RU2257288C1 (en) * 2004-03-29 2005-07-27 Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской Академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Device for control of robot actuator
RU2394674C2 (en) * 2008-07-30 2010-07-20 Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН) Self-adaptive electric drive of robot
RU2631784C1 (en) * 2016-06-22 2017-09-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Self-adjusting electric drive of manipulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2631784C1 (en) Self-adjusting electric drive of manipulator
RU2394674C2 (en) Self-adaptive electric drive of robot
RU2423224C2 (en) Robot electric drive
RU2705737C1 (en) Self-tuning electric manipulator drive
RU2325268C1 (en) Control of robotic machine drive
RU2372638C1 (en) Self-tuning electric drive for manipulation robot
RU2706079C1 (en) Self-tuning electric manipulator drive
RU2425746C2 (en) Robot electrical drive
RU2359306C2 (en) Self-adapting electric drive of robot
RU2631783C1 (en) Self-assisted electric drive of manipulator
RU2423225C1 (en) Robot electric drive
RU2257288C1 (en) Device for control of robot actuator
RU2363972C2 (en) Robot self-adaptive electric drive
RU2705739C1 (en) Self-tuning electric manipulator drive
RU2424894C1 (en) Robot electric drive
RU2212329C1 (en) Device for control of robot drive
RU2258599C1 (en) Robot's drive control unit
RU2235015C1 (en) Robot drive control apparatus
RU2478465C1 (en) Manipulator electric drive
RU2443543C1 (en) Manipulator electric drive
RU2345885C1 (en) Robot drive control device
RU2725449C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulator
RU2380215C1 (en) Self-tuning electric drive of robot
RU2272313C1 (en) Self-tuning electric drive of a robot
RU2309444C2 (en) Self-adjusting electrical drive for robot