RU2705739C1 - Самонастраивающийся электропривод манипулятора - Google Patents

Самонастраивающийся электропривод манипулятора Download PDF

Info

Publication number
RU2705739C1
RU2705739C1 RU2018123900A RU2018123900A RU2705739C1 RU 2705739 C1 RU2705739 C1 RU 2705739C1 RU 2018123900 A RU2018123900 A RU 2018123900A RU 2018123900 A RU2018123900 A RU 2018123900A RU 2705739 C1 RU2705739 C1 RU 2705739C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
adder
multiplication
block
Prior art date
Application number
RU2018123900A
Other languages
English (en)
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 RU2018123900A priority Critical patent/RU2705739C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2705739C1 publication Critical patent/RU2705739C1/ru

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)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании приводов манипуляторов. Задачей изобретения является обеспечение полной инвариантности динамических свойств электропривода третьей степени подвижности манипулятора к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении этого манипулятора по всем пяти рассматриваемым степеням подвижности и, тем самым, повышение его динамической точности управления. В устройство дополнительно введены корректирующие устройства, обеспечивающие инвариантность показателей качества управления к изменяющимся параметрам нагрузки. Технический результат выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает формирование моментного воздействия, необходимого для обеспечения полной инвариантности его показателей качества к непрерывно изменяющимся параметрам нагрузки. 2 ил.

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов манипуляторов.
Известен электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене исполнительного органа робота, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго косинусного функционального преобразователя, восьмой блок умножения, второй вход которого через третий косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу третьего датчика положения, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика ускорения, а выход - с шестым входом третьего сумматора, последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, десятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом седьмого блока умножения, и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика ускорения, а выход - с седьмым входом третьего сумматора (патент RU №2488479, кл. B25J 13/00, Бюл. №21, 2013 г.).
В этом устройстве не учтена, считаясь малой, электрическая постоянная времени. В результате в рассматриваемом электроприводе не будут точно компенсироваться все его переменные нагрузочные характеристики и обеспечиваться требуемая динамическая точность его работы.
Известен также самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, первый датчик ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и второго квадраторов, седьмой блок умножения и десятый сумматор, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой и девятый блоки умножения подключены к выходам второго датчика скорости и седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, десятый блок умножения, второй вход которого через третий квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и двенадцатый сумматор, второй вход которого через двенадцатый блок умножения подключен к выходу третьего датчика ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу восьмого блока умножения, причем второй вход двенадцатого блока умножения через четырнадцатый блок умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, а второй вход четырнадцатого блока умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, второй вход седьмого блока умножения через пятнадцатый блок умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора, а второй вход пятнадцатого блока умножения подключен к выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и семнадцатый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора, последовательно соединенные дифференциатор и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестнадцатого блока умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцати о блока умножения, двадцатый блок умножения и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора, последовательно соединенные двадцать второй блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, а второй - к выходу четвертого датчика ускорения, входу дифференциатора и вторым входам семнадцатого и двадцатого блоков умножения (патент RU №2562403, G05B 13/02, Бюл. №25, 2015). Это устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению и принято за прототип.
Недостатком является отсутствие в нем полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным изменениям его моментных нагрузочных характеристик, поскольку здесь рассматривается манипулятор с другой кинематической схемой, имеющей меньшее число свободы.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении манипулятора с заданной кинематической схемой по всем его пяти степеням подвижности.
Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает формирование моментного воздействия, необходимого для обеспечения полной инвариантности его показателей качества к непрерывно изменяющимся параметрам нагрузки.
Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, первый датчик ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и второго квадраторов, седьмой блок умножения и десятый сумматор, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой и девятый блоки умножения подключены к выходам второго датчика скорости и седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, десятый блок умножения, второй вход которого через третий квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и двенадцатый сумматор, второй вход которого через двенадцатый блок умножения подключен к выходу третьего датчика ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу восьмого блока умножения, причем второй вход двенадцатого блока умножения через четырнадцатый блок умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, а второй вход четырнадцатого блока умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, второй вход седьмого блока умножения через пятнадцатый блок умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора, а второй вход пятнадцатого блока умножения подключен к выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и семнадцатый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора, последовательно соединенные первый дифференциатор и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен в выходу шестнадцатого блока умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока умножения, двадцатый блок умножения и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора, последовательно соединенные двадцать второй блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, а второй - к выходу четвертого датчика ускорения, входу первого дифференциатора и вторым входам семнадцатого и двадцатого блоков умножения, дополнительно вводятся последовательно соединенные пятый датчик ускорения и двадцать шестой блок умножения, выход которого подключен к восьмому входу десятого сумматора, последовательно соединенные второй дифференциатор, подключенный к выходу пятого датчика ускорения и двадцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока умножения и второму входу двадцать шестого блока умножения, а выход - к девятому входу десятого сумматора, и последовательно соединенные двадцать восьмой блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и пятого синусных функциональных преобразователей, двадцать девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, четырнадцатый сумматор, второй вход которого через тридцать первый блок умножения подключен к выходу шестнадцатого блока умножения, и тридцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого датчика ускорения, а выход - к десятому входу десятого сумматора, причем второй вход тридцать первого блока умножения подключен к выходу третьего датчика скорости.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают высокую точность и устойчивость работы электропривода рассматриваемого робота в условиях существенного изменения его параметров нагрузки.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого самонастраивающегося электропривода манипулятора, на фиг. 2 - показана кинематическая схема его исполнительного органа.
Самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, первый усилитель 4 и электродвигатель 5, связанный с первым датчиком 6 скорости непосредственно и через редуктор 7 - с шестерней 8, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик 9 положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок 10 и третий сумматор 11, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, входу релейного блока 10 и второму входу первого сумматора 1, а выход - ко второму входу второго сумматора 3, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора 1, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала, четвертый сумматор 13, второй вход которого соединен с выходом первого датчика 9 положения и с первым входом пятого сумматора 14, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора 1, шестой сумматор 15, ко второму входу которого подключен второй задатчик 16 сигнала, второй блок 17 умножения, седьмой сумматор 18, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора 13, и третий блок 19 умножения, второй вход которого через первый квадратор 20 подключен к выходу второго датчика 21 скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора 11, а также датчик 22 массы, выход которого подключен ко вторым входам первого 2 и второго 17 блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик 23 скорости, четвертый блок 24 умножения, второй квадратор 25 и пятый блок 26 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 18, а выход - к четвертому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные второй датчик 27 положения, первый синусный функциональный преобразователь 28, шестой блок 29 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 22 массы, и восьмой сумматор 30, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя 28, а выход - к пятому входу третьего сумматора 11, второй вход четвертого блока 24 умножения через второй косинусный функциональный преобразователь 31 подключен к выходу второго датчика 27 положения, первый датчик 32 ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные девятый сумматор 33, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого 20 и второго 25 квадраторов, седьмой блок 34 умножения и десятый сумматор 35, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой 36 и девятый 37 блоки умножения подключены к выходам второго датчика 21 скорости и седьмого сумматора 18, а выход - к седьмому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные второй усилитель 38, вход которого подключен к выходу второго датчика 27 положения, третий синусный функциональный преобразователь 39, десятый блок 40 умножения, второй вход которого через третий квадратор 41 подключен к выходу третьего датчика 23 скорости, одиннадцатый сумматор 42, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 43 ускорения, одиннадцатый блок 44 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости, и двенадцатый сумматор 45, второй вход которого через двенадцатый блок 46 умножения подключен к выходу третьего датчика 47 ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока 37 умножения, последовательно соединенные третий задатчик 48 сигнала, тринадцатый сумматор 49, второй вход которого подключен к выходу датчика 22 массы, и тринадцатый блок 50 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя 31, а выход - ко второму входу восьмого блока 36 умножения, причем второй вход двенадцатого блока 46 умножения через четырнадцатый блок 51 умножения соединен с выходом четвертого блока 24 умножения, а второй вход четырнадцатого блока 51 умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя 31, второй вход седьмого блока 34 умножения через пятнадцатый блок 52 умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора 49, а второй вход пятнадцатого блока 52 умножения подключен к выходу первого датчика 6 скорости, последовательно соединенные шестнадцатый блок 53 умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока 50 умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь 54 - к выходу третьего датчика 55 положения, и семнадцатый блок 56 умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора 35, последовательно соединенные первый дифференциатор 58 и восемнадцатый блок 59 умножения, второй вход которого подключен в выходу шестнадцатого блока 53 умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора 35, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь 60, подключенный входом к выходу третьего датчика 55 положения, девятнадцатый блок 61 умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока 50 умножения, двадцатый блок 62 умножения и двадцать первый блок 63 умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика 23 скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора 35, последовательно соединенные двадцать второй блок 64 умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора 49, двадцать третий блок 65 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя 28, двадцать четвертый блок 66 умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора 35, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока 67 умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя 54, а второй - к выходу четвертого датчика 57 ускорения, входу первого дифференциатора 58 и вторым входам семнадцатого 56 и двадцатого 62 блоков умножения, последовательно соединенные пятый датчик 68 ускорения и двадцать шестой блок 69 умножения, выход которого подключен к восьмому входу десятого сумматора 35, последовательно соединенные второй дифференциатор 70, подключенный к выходу пятого датчика 68 ускорения и двадцать седьмой блок 71 умножения, второй вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока 61 умножения и второму входу двадцать шестого блока 69 умножения, а выход - к девятому входу десятого сумматора 35, и последовательно соединенные двадцать восьмой блок 72 умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого 28 и пятого 60 синусных функциональных преобразователей, двадцать девятый блок 73 умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора 33, тридцатый блок 74 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости, четырнадцатый сумматор 75, второй вход которого через тридцать первый блок 76 умножения подключен к выходу шестнадцатого блока 53 умножения, и тридцать второй блок 77 умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого датчика 68 ускорения, а выход - к десятому входу десятого сумматора 35, причем второй вход тридцать первого блока 76 умножения подключен к выходу третьего датчика 23 скорости.
На фиг. 1 и 2 введены следующие обозначения: qBX - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки электропривода;
Figure 00000001
соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 5; q1, q2, q3, q4, q5 - соответствующие обобщенные кординаты исполнительного органа робота;
Figure 00000002
- скорости изменения соответствующих обобщенных координат;
Figure 00000003
- скорость вращения ротора электродвигателя;
Figure 00000004
ускорения первой, второй, третьей, четвертой и пятой обобщенных координат; m1, m2, mГ - соответственно, массы первого, второго звеньев манипулятора и захваченного груза;
Figure 00000005
- расстояние от оси вращения второго звена до его центра масс при q3=0; l2 - расстояние от центра масс второго звена до средней точки схвата манипулятора.
В изобретении рассматривается электропривод, который управляет координатой q3, обеспечивая выдвижение второго телескопического звена исполнительного органа (фиг. 2).
Устройство работает следующим образом.
Сигнал ошибки ε с выхода сумматора 14 после коррекции в блоках 1, 2, 3, усиливаясь, поступает на электродвигатель 5, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала ε, моментов трения и внешнего моментного воздействия. Электропривод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния степеней подвижности манипулятора обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает качественные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы.
Второе звено манипулятора перемещается электроприводом с помощью передачи шестерня-рейка. Причем рейка установлена вдоль второго звена, а шестерня 8 - на выходном валу редуктора 7 электропривода и имеет радиус r. Несложно показать, что в процессе движения исполнительного органа робота, на его второе звено со стороны электропривода действует сила
Figure 00000006
где g - ускорение свободного падения.
Сила РЗ в процессе движения манипулятора создает на выходном валу редуктора 7 момент, равный
Figure 00000007
С учетом соотношения (1), а также уравнения электрической
Figure 00000008
и механической
Figure 00000009
цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q3, можно описать дифференциальным уравнением
Figure 00000010
где
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000013
R, L - соответственно, активное сопротивление и индуктивность якорной цепи электродвигателя 5; J - момент инерции якоря этого электродвигателя и вращающихся частей редуктора 7, приведенных к его валу; КМ - коэффициент крутящего момента; КВ - коэффициент противоЭДС электродвигателя; КВ - коэффициент вязкого трения; ip - передаточное отношение редуктора 7; МСТР - момент сухого трения; Ку - коэффициент усиления усилителя 5; i - ток якоря электродвигателя.
Из уравнения (2) видно, что его параметры, а следовательно, и параметры электропривода, управляющего координатой q3, являются существенно переменными, зависящими от величин mГ,
Figure 00000014
Figure 00000015
. В результате в процессе работы этого электропривода меняются (притом существенно) его динамические свойства. Поэтому для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры этого электропривода так, чтобы он всегда описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.
Датчики 55, 27 и 9 установлены соответственно в первой, второй и третьей степенях подвижности манипулятора (фиг. 2) и измеряют обобщенные координаты q1, q2 и q3, соответственно. Датчики 23, 21 и 6 также установлены в первой, второй и третьей степенях подвижности манипулятора и измеряют скорости
Figure 00000016
соответственно, а датчики 47, 43, 32, 57 и 68 - в его первой, второй, третьей, четвертой, пятой степенях подвижности и измеряют ускорения
Figure 00000017
соответственно.
Первый отрицательный (со стороны датчика 9) и второй положительный входы сумматора 14 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на его выходе формируется сигнал ε=qBX-qЗ. Первый положительный вход сумматора 1 (со стороны сумматора 14) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления Кω/Ку. В результате на выходе сумматора 1 формируется сигнал
Figure 00000018
.
Первые и вторые положительные входы сумматоров 13 и 15 имеют единичные коэффициенты усиления. На выходах первого 12 и второго 16 задатчиков, соответственно, формируются сигналы
Figure 00000019
l2=const. В результате на выходе сумматора 13 формируется сигнал
Figure 00000020
, а на выходе сумматора 15 - сигнал
Figure 00000021
Первый (со стороны блока 17) и второй положительные входы сумматора 18, соответственно, имеют коэффициенты усиления r/iP, rm2/iP. В результате на выходе сумматора 18 формируется сигнал
Figure 00000022
на выходе блока 19 - сигнал
Figure 00000023
а на выходе блока 26 - сигнал
Figure 00000024
Первый (со стороны блока 29) и второй положительные входы сумматора 30, соответственно, имеют коэффициенты усиления rg/ip и m2rg/ip. В результате на выходе сумматора 30 формируется сигнал rg(m2+mr)sin(q2)/ip.
Выходной сигнал релейного блока 10 имеет вид
Figure 00000025
где |MT| - величина момента сухого трения при движении.
Первый и второй положительные входы сумматора 33 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал
Figure 00000026
На выходе задатчика 48 формируется сигнал m2. Первый и второй положительные входы сумматора 49 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал m2+mг, на выходе блока 34 - сигнал
Figure 00000027
на выходе блока 36 - сигнал
Figure 00000028
на выходе блока 56 - сигнал
Figure 00000029
на выходе блока 59 - сигнал
Figure 00000030
, на выходе блока 63 - сигнал
Figure 00000031
на выходе блока 66 - сигнал
Figure 00000032
на выходе блока 69 - сигнал
Figure 00000033
на выходе блока 71 - сигнал
Figure 00000034
на выходе блока 74 - сигнал
Figure 00000035
а на выходе блока 76 - сигнал
Figure 00000036
Первый положительный (со стороны блока 74) и второй отрицательный входы сумматора 75 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе блока 77 формируется сигнал
Figure 00000037
Коэффициент усиления усилителя 38 равен 2 в результате на выходе блока 40 формируется сигнал
Figure 00000038
Первый отрицательный (со стороны блока 40) вход сумматора 42 имеет единичный коэффициент усиления, а второй положительный - коэффициент усиления, равный 2. В результате на выходе блока 44 формируется сигнал
Figure 00000039
На выходе блока 46 формируется сигнал
Figure 00000040
. Первый (со стороны блока 44) и второй положительные входы сумматора 45 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 2, соответственно. В результате на выходе сумматора 45 формируется сигнал
Figure 00000041
а на выходе блока 37 - сигнал
Figure 00000042
Первый (со стороны блока 34) отрицательный вход сумматора 35 имеет коэффициент усиления, равный l/ip, второй положительный (со стороны блока 36) - коэффициент усиления, равный g, третий отрицательный (со стороны блока 37) - коэффициент усиления, равный ip/r, четвертый положительный (со стороны блока 56) и восьмой отрицательный (со стороны блока 69) коэффициенты усиления, равные R/L, пятый и десятый положительные (со стороны блоков 59, 77), а также шестой, седьмой и девятый отрицательные (со стороны блоков 63, 66, 71) - единичные коэффициенты. В результате на выходе сумматора 35 формируется сигнал
Figure 00000043
Первый и пятый (со стороны блока 10 и сумматора 30) положительные, третий и четвертый (со стороны блоков 19, 26) отрицательные входы сумматора 11 имеют единичные коэффициенты усиления, второй положительный (со стороны датчика 6) - коэффициент усиления, равный
Figure 00000044
шестой положительный (со стороны датчика 32) - коэффициент усиления, равный
Figure 00000045
а седьмой положительный (со стороны сумматора 35) - коэффициент усиления, равный Lr/(Rip). Поэтому на выходе сумматора 11 появляется сигнал
Figure 00000046
Первый (со стороны блока 2), второй (со стороны сумматора 11) и третий положительные входы сумматора 3, соответственно, имеют коэффициенты усиления
Figure 00000047
В результате на выходе сумматора 3 формируется сигнал
Figure 00000048
Несложно показать, что, поскольку
Figure 00000049
при движении электропривода достаточно точно соответствует МСТР, то, подставив полученное значение
Figure 00000050
(3) в соотношение (2), получим уравнение, которое имеет постоянные желаемые параметры
Figure 00000051
То есть электропривод, управляющий координатой q3, будет иметь постоянные желаемые динамические свойства и качественные показатели.

Claims (1)

  1. Самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, первый датчик ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и второго квадраторов, седьмой блок умножения и десятый сумматор, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой и девятый блоки умножения подключены к выходам второго датчика скорости и седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, десятый блок умножения, второй вход которого через третий квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и двенадцатый сумматор, второй вход которого через двенадцатый блок умножения подключен к выходу третьего датчика ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу восьмого блока умножения, причем второй вход двенадцатого блока умножения через четырнадцатый блок умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, а второй вход четырнадцатого блока умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, второй вход седьмого блока умножения через пятнадцатый блок умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора, а второй вход пятнадцатого блока умножения подключен к выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и семнадцатый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора, последовательно соединенные первый дифференциатор и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен в выходу шестнадцатого блока умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока умножения, двадцатый блок умножения и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора, последовательно соединенные двадцать второй блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, а второй - к выходу четвертого датчика ускорения, входу первого дифференциатора и вторым входам семнадцатого и двадцатого блоков умножения, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные пятый датчик ускорения и двадцать шестой блок умножения, выход которого подключен к восьмому входу десятого сумматора, последовательно соединенные второй дифференциатор, подключенный к выходу пятого датчика ускорения и двадцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока умножения и второму входу двадцать шестого блока умножения, а выход - к девятому входу десятого сумматора, и последовательно соединенные двадцать восьмой блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и пятого синусных функциональных преобразователей, двадцать девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, четырнадцатый сумматор, второй вход которого через тридцать первый блок умножения подключен к выходу шестнадцатого блока умножения, и тридцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого датчика ускорения, а выход - к десятому входу десятого сумматора, причем второй вход тридцать первого блока умножения подключен к выходу третьего датчика скорости.
RU2018123900A 2018-06-29 2018-06-29 Самонастраивающийся электропривод манипулятора RU2705739C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123900A RU2705739C1 (ru) 2018-06-29 2018-06-29 Самонастраивающийся электропривод манипулятора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123900A RU2705739C1 (ru) 2018-06-29 2018-06-29 Самонастраивающийся электропривод манипулятора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2705739C1 true RU2705739C1 (ru) 2019-11-11

Family

ID=68579468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018123900A RU2705739C1 (ru) 2018-06-29 2018-06-29 Самонастраивающийся электропривод манипулятора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2705739C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0120198A1 (de) * 1983-02-26 1984-10-03 Gesellschaft für digitale Automation mbH Verfahren zum Betreiben eines Industrieroboters in roboterkinematikfremden Koordinaten
WO1998034762A1 (fr) * 1997-02-07 1998-08-13 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Dispositif de commande non interactif pour robots
RU2394674C2 (ru) * 2008-07-30 2010-07-20 Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН) Самонастраивающийся электропривод робота
RU2562403C1 (ru) * 2014-12-10 2015-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2631784C1 (ru) * 2016-06-22 2017-09-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Самонастраивающийся электропривод манипулятора

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0120198A1 (de) * 1983-02-26 1984-10-03 Gesellschaft für digitale Automation mbH Verfahren zum Betreiben eines Industrieroboters in roboterkinematikfremden Koordinaten
WO1998034762A1 (fr) * 1997-02-07 1998-08-13 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Dispositif de commande non interactif pour robots
RU2394674C2 (ru) * 2008-07-30 2010-07-20 Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН) Самонастраивающийся электропривод робота
RU2562403C1 (ru) * 2014-12-10 2015-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2631784C1 (ru) * 2016-06-22 2017-09-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Самонастраивающийся электропривод манипулятора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2394674C2 (ru) Самонастраивающийся электропривод робота
RU2423224C2 (ru) Электропривод робота
RU2372186C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипуляционного робота
RU2593735C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипуляционного робота
RU2705739C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2372638C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипуляционного робота
RU2562403C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2608005C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2325268C1 (ru) Устройство для управления приводом робота
RU2423225C1 (ru) Электропривод робота
RU2359306C2 (ru) Самонастраивающийся электропривод робота
RU2425746C2 (ru) Электропривод робота
RU2606372C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2424894C1 (ru) Электропривод робота
RU2443543C1 (ru) Электропривод манипулятора
RU2725449C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2705734C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2562400C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2705737C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2363972C2 (ru) Самонастраивающийся электропривод робота
RU2725447C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2488480C1 (ru) Электропривод робота
RU2380215C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод робота
RU2606371C1 (ru) Самонастраивающийся электропривод манипулятора
RU2453893C1 (ru) Электропривод манипулятора