RU2706079C1 - Self-tuning electric manipulator drive - Google Patents

Self-tuning electric manipulator drive Download PDF

Info

Publication number
RU2706079C1
RU2706079C1 RU2018132910A RU2018132910A RU2706079C1 RU 2706079 C1 RU2706079 C1 RU 2706079C1 RU 2018132910 A RU2018132910 A RU 2018132910A RU 2018132910 A RU2018132910 A RU 2018132910A RU 2706079 C1 RU2706079 C1 RU 2706079C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
adder
multiplication unit
manipulator
Prior art date
Application number
RU2018132910A
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 RU2018132910A priority Critical patent/RU2706079C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2706079C1 publication Critical patent/RU2706079C1/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
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G13/00—Manually-actuated control mechanisms provided with two or more controlling members and also two or more controlled members
    • G05G13/02—Manually-actuated control mechanisms provided with two or more controlling members and also two or more controlled members with separate controlling members for preselection and shifting of controlled members

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (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 electric drives of manipulators. Objective of invention is complete invariance of dynamic properties of considered electric drive of turn at arbitrary linear movement of manipulator in horizontal plane with its simultaneous rotation around vertical axis to continuous and rapid changes of dynamic momentary load characteristics and thereby increase of its dynamic control accuracy. Device additionally includes control signals providing invariance of quality of control to varying parameters of load.EFFECT: generation of an additional control signal supplied to the input of the manipulator turn drive, which generates instantaneous action compensating for the effect of the other degree of mobility on the qualitative indices of operation of the considered electric drive with allowance for its electric time constant.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов манипуляторов.The invention relates to robotics and can be used to create manipulator electric drives.

Известно устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый блок умножения, первый сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом через третий сумматор - к первому входу первого блока умножения, последовательно соединенные источник постоянного сигнала, четвертый сумматор, второй блок умножения и пятый сумматор, последовательно соединенные датчик массы и шестой сумматор, выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения, причем выход датчика скорости подключен ко входу релейного элемента и вторым входам третьего и пятого сумматоров, третий вход пятого сумматора подключен к выходу релейного элемента, а его выход - ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь, третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, и седьмой сумматор, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, вход которого соединен со входом синусного функционального преобразователя и выходом датчика положения, и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, а выход - ко второму входу седьмого сумматора, причем вторые входы четвертого и шестого сумматоров подключены, соответственно, к выходам датчика массы и источника постоянного сигнала, третий датчик ускорения, механически соединенный входом с выходным валом двигателя, а выходом - с четвертым входом пятого сумматора, последовательно соединенные первый дифференциатор, восьмой сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого блока умножения, и шестой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом косинусного функционального преобразователя, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения и входу первого дифференциатора, а его второй вход - к выходу первого датчика скорости и первому входу пятого блока умножения, девятый сумматор, второй вход которого через второй дифференциатор соединен с выходом первого датчика ускорения и вторым входом пятого блока умножения, восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом синусного функционального преобразователя, и десятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом седьмого сумматора, третий - с выходом шестого блока умножения, а выход - со вторым входом второго блока умножения (патент RU №2258600, кл. B25J 13/00, БИ №23, 2005).A device for controlling a robot drive is known, comprising a first multiplication unit, a first adder, an amplifier and an engine connected in series with the first speed sensor directly and through a gearbox with a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the second adder connected to the device input by the second input and by the output through the third adder to the first input of the first multiplication block, the constant signal source, the fourth adder, the second multiplication block and fifth are connected in series a third adder, a mass sensor and a sixth adder connected in series, the output of which is connected to the second input of the first multiplication unit, the output of the speed sensor connected to the input of the relay element and the second inputs of the third and fifth adders, the third input of the fifth adder connected to the output of the relay element, and the output is to the second input of the first adder, a sine function converter, a third multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor, and the seventh the adder in series, a cosine functional converter, the input of which is connected to the input of the sine function converter and the output of the position sensor, and a fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor, and the output to the second input of the seventh adder, the second inputs of the fourth and the sixth adders are connected, respectively, to the outputs of the mass sensor and the constant signal source, the third acceleration sensor, mechanically connected by the input to the output shaft engine, and the output with the fourth input of the fifth adder, the first differentiator connected in series, the eighth 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 cosine functional converter, the seventh multiplication unit connected in series, whose first input is connected to the output of the second acceleration sensor and the input of the first differentiator, and its second input to the output of the first speed sensor and the first input of the fifth smart block In addition, the ninth adder, the second input of which is connected through the second differentiator to the output of the first acceleration sensor and the second input of the fifth multiplication unit, the eighth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sine function converter, and the tenth adder, the second input of which is connected to the output of the seventh adder , the third - with the output of the sixth multiplication block, and the output - with the second input of the second multiplication block (patent RU No. 2258600, cl. B25J 13/00, BI No. 23, 2005).

Недостатком этого устройства является то, что 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.The disadvantage of this device is that in it the movement of the base of the manipulator in the required direction in the horizontal plane is provided by two degrees of mobility (two drives) at once, 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.

Известен также самонастраивающийся электропривод манипулятора (патент RU №2631784, кл. B25J 13/00, G05B 13/02, БИ №27, 2017), содержащий последовательно соединенные первый блок умножения, первый сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с датчиком скорости, установленным в первой степени подвижности манипулятора, непосредственно и через редуктор с первым датчиком положения, установленным в первой степени подвижности манипулятора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом через третий сумматор - к первому входу первого блока умножения, последовательно соединенные задатчик постоянного сигнала, четвертый сумматор, второй блок умножения и пятый сумматор, последовательно соединенные датчик массы захваченного груза и шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу задатчик постоянного сигнала, а выход - ко второму входу первого блока умножения, причем выход датчика скорости подключен к вторым входам третьего и пятого сумматоров и через релейный элемент - к третьему входу пятого сумматора, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, установленного во второй степени подвижности манипулятора, а выход - к второму входу второго блока умножения, дополнительно вводятся последовательно соединенные источник сигнала углового положения и шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, а выход - к входу синусного функционального преобразователя. Это устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению и принято за прототип.A self-adjusting electric manipulator drive is also known (patent RU No. 2631784, class B25J 13/00, G05B 13/02, BI No. 27, 2017), comprising the first multiplication unit, the first adder, amplifier and electric motor connected in series with the speed sensor installed in the first degree of mobility of the manipulator, directly and through a gearbox with a first position sensor installed in the first degree of mobility of the manipulator, the output of which is connected to the first input of the second adder connected by the second input to the input of the device, and the output m through the third adder - to the first input of the first multiplication unit, serially connected constant signal generator, fourth adder, second multiplier and fifth adder, series-connected mass sensor of the captured cargo and sixth adder, the second input of which is connected to the output of the constant signal generator, and the output - to the second input of the first multiplication unit, and the output of the speed sensor is connected to the second inputs of the third and fifth adders and through the relay element to the third input of the fifth adder, the output is When connected to the second input of the first adder, a sine function converter and a third multiplication unit are connected in series, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor installed in the second degree of manipulator mobility, and the output is connected to the second input of the second multiplication unit, a series-connected source is additionally introduced the signal of the angular position and the sixth adder, the second input of which is connected to the output of the first position sensor, and the output to the input of the sine functional reobrazovatelya. This device in its technical essence is the closest to the proposed invention and is taken as a prototype.

Недостатком прототипа является то, что в электроприводе рассматриваемого манипулятора не учтена, считаясь малой, электрическая постоянная времени. В результате устройство не будет точно компенсировать все его переменные нагрузочные характеристики и обеспечивать требуемую динамическую точность работы.The disadvantage of the prototype 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, the device will not accurately compensate for all its variable load characteristics and provide the required dynamic accuracy.

Задачей заявляемого технического решения является обеспечение полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода поворота при произвольном линейном перемещения манипулятора в горизонтальной плоскости с его одновременным вращением вокруг вертикальной оси к непрерывным и быстрым изменениям динамических моментных нагрузочных характеристик и, тем самым, повышение его динамической точности управления.The objective of the proposed technical solution is to ensure complete invariance of the dynamic properties of the rotational drive under consideration with arbitrary linear movement of the manipulator in a horizontal plane with its simultaneous rotation around the vertical axis to continuous and rapid changes in dynamic moment load characteristics and, thereby, increase 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 поворота манипулятора, который создает моментное воздействие, компенсирующее влияние другой степени подвижности на качественные показатели работы рассматриваемого электропривода при учете его электрической постоянной времени.The technical result that can be obtained by implementing the claimed technical solution is expressed in the formation of an additional control signal supplied to the input of the manipulator's rotation drive, which creates a momentary effect that compensates for the effect of a different degree of mobility on the quality performance of the electric drive under consideration, taking into account its electric time constant.

Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения, первый сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с датчиком скорости, установленным в первой степени подвижности манипулятора, непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, установленным в первой степени подвижности манипулятора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом через третий сумматор - к первому входу первого блока умножения, последовательно соединенные задатчик постоянного сигнала, четвертый сумматор, второй блок умножения и пятый сумматор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, последовательно соединенные датчик массы захваченного груза и шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу задатчик постоянного сигнала, а выход - ко второму входу первого блока умножения, причем выход датчика скорости подключен к вторым входам третьего и пятого сумматоров и через релейный элемент - к третьему входу пятого сумматора, последовательно соединенные первый синусный функциональный преобразователь и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, установленного во второй степени подвижности манипулятора, а выход - к второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные источник сигнала углового положения и седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, а выход - к входу синусного функционального преобразователя, причем второй вход четвертого сумматора подключен к выходу датчика массы, дополнительно введены второй датчик ускорения, установленный на выходном валу редуктора, последовательно соединенные дифференциатор, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, восьмой сумматор, и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, а выход - к третьему ходу первого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, последовательно соединенные второй косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, и шестой блок умножения, второй вход которого через седьмой блок умножения подключен к выходу первого датчика ускорения и входу дифференциатора, а выход - ко второму входу восьмого сумматора, причем второй вход седьмого блока умножения подключен к выходу датчика скорости.The problem is solved in that in a self-adjusting electric drive of the manipulator, containing the first multiplication unit, the first adder, amplifier and electric motor connected to the speed sensor installed in the first degree of mobility of the manipulator, directly and through the gearbox, with the first position sensor installed in the first the degree of mobility of the manipulator, the output of which is connected to the first input of the second adder, connected by the second input to the input of the device, and the output through the third the matrator - to the first input of the first multiplication unit, a constant signal master connected in series, the fourth adder, the second multiplication unit and the fifth adder, the output of which is connected to the second input of the first adder, the mass sensor of the captured load and the sixth adder, the second input of which is connected to the output a constant signal master, and the output to the second input of the first multiplication unit, and the output of the speed sensor is connected to the second inputs of the third and fifth adders and through the relay element the third input of the fifth adder, the first sine functional converter and the third multiplication unit connected in series, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor installed in the second degree of manipulator mobility, and the output is connected to the second input of the second multiplication unit, the angular position signal source is connected in series and the seventh adder, the second input of which is connected to the output of the first position sensor, and the output to the input of the sine functional Converter, the second in the fourth adder is connected to the output of the mass sensor, an additional acceleration sensor is installed on the output shaft of the gearbox, a differentiator is connected in series, the fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first sine function converter, the eighth adder, and the fifth multiplication unit, the second input which is connected to the output of the fourth adder, and the output to the third move of the first adder, the fourth input of which is connected to the output of the second acceleration sensor, are followed the second cosine functional converter, the input of which is connected to the output of the seventh adder, and the sixth multiplication unit, the second input of which through the seventh multiplication unit is connected to the output of the first acceleration sensor and the input of the differentiator, and the output to the second input of the eighth adder, the second input of the seventh the multiplication unit is connected to the output of the speed sensor.

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

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают высокую точность и устойчивость работы электропривода робота в условиях существенного изменения его параметров нагрузки.At the same time, the distinguishing features of the claims provide high accuracy and stability of the robot electric drive under conditions of a significant change in its load parameters.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами:The essence of the invention is illustrated by drawings:

На фиг. 1 представлена функциональная схема электроривода,In FIG. 1 shows a functional diagram of an electric drive,

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

на фиг. 3 - его кинематическая схема на виде сверху.in FIG. 3 is a kinematic diagram thereof in a plan view.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора содержит последовательно соединенные первый блок 1 умножения, первый сумматор 2, усилитель 3 и электродвигатель 4, связанный с датчиком 5 скорости, установленным в первой степени подвижности манипулятора, непосредственно и через редуктор 6 - с первым датчиком 7 положения, установленным в первой степени подвижности манипулятора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 8, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом через третий сумматор 9 - к первому входу первого блока 1 умножения, последовательно соединенные задатчик 10 постоянного сигнала, четвертый сумматор 11, второй блок 12 умножения и пятый сумматор 13, выход которого подключен к второму входу первого сумматора 2, последовательно соединенные датчик 14 массы захваченного груза и шестой сумматор 15, второй вход которого подключен к выходу задатчик 10 постоянного сигнала, а выход - ко второму входу первого блока 1 умножения, причем выход датчика 5 скорости подключен к вторым входам третьего 9 и пятого сумматоров 13 и через релейный элемент 16 - к третьему входу пятого сумматора 13, последовательно соединенные первый синусный функциональный преобразователь 17 и третий блок 18 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 19 ускорения, установленного во второй степени подвижности манипулятора, а выход - к второму входу второго блока 12 умножения, последовательно соединенные источник 20 сигнала углового положения и седьмой сумматор 21, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 7 положения, а выход - к входу синусного функционального преобразователя 17, причем второй вход четвертого сумматора 11 подключен к выходу датчика 14 массы, второй датчик 22 ускорения, установленный на выходном валу редуктора 6, последовательно соединенные дифференциатор 23, четвертый блок 24 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя 17, восьмой сумматор 25, и пятый блок 26 умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора 11, а выход - к третьему ходу первого сумматора 2, четвертый вход которого подключен к выходу второго датчика 22 ускорения, последовательно соединенные второй косинусный функциональный преобразователь 27, вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 21, и шестой блок 28 умножения, второй вход которого через седьмой блок 29 умножения подключен к выходу первого датчика 19 ускорения и входу дифференциатора 23, а выход - ко второму входу восьмого сумматора 25, причем второй вход седьмого блока 29 умножения подключен к выходу датчика 5 скорости. Объект 30 управления.The self-adjusting manipulator electric drive contains in series the first multiplication unit 1, the first adder 2, the amplifier 3 and the electric motor 4 connected to the speed sensor 5 installed in the first degree of manipulator mobility, directly and through the reducer 6, with the first position sensor 7 installed in the first degree the mobility of the manipulator, the output of which is connected to the first input of the second adder 8, connected by the second input to the input of the device, and the output through the third adder 9 to the first input of the first multiplication unit 1, serially connected constant signal generator 10, fourth adder 11, second multiplication unit 12 and fifth adder 13, the output of which is connected to the second input of the first adder 2, the sensor 14 of the mass of the captured load and the sixth adder 15, the second input of which is connected to the output of the constant signal controller 10, and the output to the second input of the first multiplication unit 1, and the output of the speed sensor 5 is connected to the second inputs of the third 9 and fifth adders 13 and through the relay element 16 to the third input an ode to the fifth adder 13, the first sine functional converter 17 and the third multiplication unit 18 connected in series, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor 19 installed in the second degree of manipulator mobility, and the output to the second input of the second multiplication unit 12, connected in series to the source 20 of the signal of the angular position and the seventh adder 21, the second input of which is connected to the output of the first position sensor 7, and the output to the input of the sine functional Converter 17, and the second the input of the fourth adder 11 is connected to the output of the mass sensor 14, a second acceleration sensor 22 mounted on the output shaft of the gearbox 6, a differentiator 23 connected in series, a fourth multiplication unit 24, the second input of which is connected to the output of the first sine function converter 17, the eighth adder 25, and the fifth block 26 of the multiplication, the second input of which is connected to the output of the fourth adder 11, and the output to the third stroke of the first adder 2, the fourth input of which is connected to the output of the second acceleration sensor 22, the follower but the connected second cosine functional converter 27, the input of which is connected to the output of the seventh adder 21, and the sixth multiplication unit 28, the second input of which through the seventh multiplication unit 29 is connected to the output of the first acceleration sensor 19 and the input of the differentiator 23, and the output to the second input of the eighth an adder 25, wherein the second input of the seventh multiplication unit 29 is connected to the output of the speed sensor 5. Object 30 control.

На чертежах введены следующие обозначения:The following notation is introduced in the drawings:

qвх - сигнал желаемого значения первой обобщенной координаты манипулятора q1; ε=qвх-q1 - ошибка электропривода; q2,

Figure 00000001
q3 - вторая обобщенная координата манипулятора, ее ускорение и третья обобщенная координата, соответственно; m1, m2, mг - массы соответствующих звеньев манипулятора и захваченного груза; l=const, lг=const - соответственно, расстояния от оси вращения горизонтального звена манипулятора до его центра масс и до груза;
Figure 00000002
Figure 00000003
- скорость и ускорение вращения ротора двигателя первой степени подвижности, соответственно; U*, U - соответственно, усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем 4; α - текущего значения угла, который очередная прямолинейная траектория движения манипулятора по координате q2 составляет с осью X.q in - signal of the desired value of the first generalized coordinate of the manipulator q 1 ; ε = q in -q 1 - error of the electric drive; q 2
Figure 00000001
q 3 - the second generalized coordinate of the manipulator, its acceleration and the third generalized coordinate, respectively; m 1 , m 2 , m g are the masses of the corresponding parts of the manipulator and the captured cargo; l = const, l g = const - respectively, the distance from the axis of rotation of the horizontal link of the manipulator to its center of mass and to the load;
Figure 00000002
Figure 00000003
- speed and acceleration of rotation of the rotor of the engine of the first degree of mobility, respectively; U * , U - respectively, the amplified signal and the engine control signal 4; α - the current value of the angle, which the next rectilinear trajectory of the manipulator along the coordinate q 2 is with the X axis.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Сигнал ошибки ε с сумматора 8 после коррекции в блоках 1, 2 и 9, усиливаясь, поступает на электродвигатель 4, приводит его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала ε, моментов трения и внешнего моментного воздействия М. 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. В результате возникает задача, связанная с обеспечением инвариантности динамических свойств этого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, что позволяет обеспечить стабильность заданного качества системы управления.The error signal ε from the adder 8 after correction in blocks 1, 2, and 9, amplifying, is supplied to the electric motor 4, and its shaft is rotated with direction and speed (acceleration), depending on the magnitude of the incoming signal ε, friction moments, and external torque M. The electric drive when working with various loads, as well as due to the mutual influence of the degrees of mobility of the manipulator, has variable torque characteristics that can vary widely. This reduces the quality of the drive and even leads to a loss of stability of its operation. As a result, a problem arises related to ensuring the invariance of the dynamic properties of this electric drive to continuous and rapid changes in its moment load characteristics, which ensures the stability of a given quality of the control system.

Рассматриваемый электропривод управляет вращением горизонтального звена манипулятора вокруг вертикальной оси (координата q1). Конструкция этого манипулятора позволяет осуществлять также вертикальное прямолинейное перемещение горизонтального звена (координата q3) и его горизонтальные прямолинейные перемещения (обобщенная координата q2). Три ориентирующие степени подвижности манипулятора (вблизи его схвата) ввиду их малого влияния на координату q1 не рассматриваются.The considered electric drive controls the rotation of the horizontal link of the manipulator around the vertical axis (coordinate q 1 ). The design of this manipulator also allows vertical rectilinear movement of the horizontal link (coordinate q 3 ) and its horizontal rectilinear movements (generalized coordinate q 2 ). Three orienting degrees of manipulator mobility (near its grip), due to their small influence on the q 1 coordinate, are not considered.

Моментное воздействие на выходной вал электропривода поворота со стороны движущихся масс манипулятора и груза, определенное с помощью уравнения Лагранжа 2 рода, имеет видThe momentary effect on the output shaft of the rotation electric drive from the side of the moving masses of the manipulator and the load, determined using the Lagrange equation of the 2nd kind, has the form

Figure 00000004
Figure 00000004

где

Figure 00000005
Where
Figure 00000005

JS и JN - соответственно моменты инерции вертикального звена манипулятора относительно его продольной оси и горизонтального звена относительно поперечной оси, проходящей через его центр масс.J S and J N are the moments of inertia of the vertical link of the manipulator relative to its longitudinal axis and the horizontal link relative to the transverse axis passing through its center of mass.

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

Figure 00000006
и механической
Figure 00000007
цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод поворота можно описать следующим дифференциальным уравнением:Taking into account relations (1) and (2), as well as the equations of electric
Figure 00000006
and mechanical
Figure 00000007
circuits of a DC motor with permanent magnets or independent excitation, the considered rotation electric drive can be described by the following differential equation:

Figure 00000008
Figure 00000008

где R, L - активное и индуктивное сопротивления якорной цепи, соответственно; kM - коэффициент крутящего момента; kω - коэффициент противо ЭДС; kB - коэффициент вязкого трения; J - момент инерции якоря электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу электородвигателя; ip - передаточное отношение редуктора; Мстр - момент сухого трения; ky - коэффициент усиления усилителя 3; I - ток якоря;

Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000013
where R, L - active and inductive resistance of the anchor chain, respectively; k M is the torque coefficient; k ω is the coefficient of counter-EMF; k B is the coefficient of viscous friction; J is the moment of inertia of the armature of the electric motor and the rotating parts of the gearbox, brought to the shaft of the electric motor; i p - gear ratio; M p is the moment of dry friction; k y is the gain of the amplifier 3; I - armature current;
Figure 00000009
Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000013

Моментные характеристики электропривода, управляющего координатой q1, существенно зависят от непрерывного изменения координат q1,

Figure 00000014
Figure 00000015
α и mг. В связи с этим для качественного управления координатой q1 необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения этих координат на динамические свойства и качественные показатели рассматриваемого электропривода. Для реализации поставленной цели необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры электропривода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами и не зависел бы от указанных переменных параметров и сил трения. Угол α в зависимости от конструкции манипулятора и его основания может измеряться соответствующими датчиками или устанавливаться дискретно для одного цикла работы манипулятора. При этом полагается, что при одном рабочем цикле при движении манипулятора по координате q2 он будет способен выполнить все рабочие операции со всеми объектами, которые в некотором ограниченном коридоре могут располагаться по обе стороны от оси прямолинейного движения.The moment characteristics of the electric drive controlling the coordinate q 1 substantially depend on a continuous change in the coordinates q 1 ,
Figure 00000014
Figure 00000015
α and m g. In this regard, for quality control of the coordinate q 1 it is necessary to accurately compensate for the negative impact of changes in these coordinates on the dynamic properties and quality indicators of the drive in question. To achieve this goal, it is necessary to form such a corrective device that would stabilize the parameters of the electric drive so that it is described by a differential equation with constant desired parameters and would not depend on these variable parameters and friction forces. The angle α, depending on the design of the manipulator and its base, can be measured by appropriate sensors or set discretely for one cycle of the manipulator. It is assumed that with one working cycle when the manipulator moves along the q 2 coordinate, he will be able to perform all work operations with all objects that can be located on both sides of the axis of rectilinear motion in a certain limited corridor.

Выходной сигнал релейного блока 16 имеет видThe output signal of the relay block 16 has the form

Figure 00000016
Figure 00000016

где |Мт| - величина момента сухого трения при движении.where | M t | - the value of the moment of dry friction during movement.

Первый положительный вход сумматора 8 (соединен со входом электропривода) и его второй отрицательный вход имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал, равный ε.The first positive input of the adder 8 (connected to the input of the electric drive) and its second negative input have unit gains. As a result, a signal equal to ε is formed at the output of this adder.

Первый положительный вход сумматора 9 (со стороны сумматора 8) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления kω/ky. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал, равный

Figure 00000017
The first positive input of the adder 9 (from the side of the adder 8) has a unity gain, and its second negative input has a gain k ω / k y . As a result, a signal equal to
Figure 00000017

Первый (со стороны задатчика 10) и второй положительные входы сумматора 11 имеют коэффициенты усиления

Figure 00000018
и lг/ip, соответственно. Причем на выходе задатчика 10 формируется сигнал, равный
Figure 00000019
В результате на выходе сумматора 11 формируется сигнал, равный (m1l1+mгlг)/ip. Датчик 20 измеряет величину α. Первый (со стороны источника 20) положительный и второй отрицательный входы сумматора 21 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе сумматора 21 формируется сигнал q1-α, а на выходе блока 12 - сигнал
Figure 00000020
Первый (со стороны датчика 14) и второй положительные входы сумматора 15 имеют коэффициенты усиления
Figure 00000021
Figure 00000022
соответственно, где Jн - номинальное (желаемое) значение приведенного момента инерции, обеспечивающее электроприводу поворота заданные динамические свойства и качественные показатели. В результате на выходе сумматора 15 формируется сигнал
Figure 00000023
а на выходе блока 1 - сигнал
Figure 00000024
The first (from the setpoint 10) and the second positive inputs of the adder 11 have gains
Figure 00000018
and l g / i p , respectively. Moreover, at the output of the setter 10, a signal is formed equal to
Figure 00000019
As a result, at the output of the adder 11, a signal is formed equal to (m 1 l 1 + m g l g ) / i p . The sensor 20 measures the value of α. The first (from the side of the source 20) positive and second negative inputs of the adder 21 have unity gain. As a result, at the output of adder 21, a signal q 1 -α is generated, and at the output of block 12, a signal
Figure 00000020
The first (from the sensor 14) and second positive inputs of the adder 15 have gains
Figure 00000021
Figure 00000022
respectively, where J n is the nominal (desired) value of the reduced moment of inertia, providing the electric drive with the desired dynamic properties and quality indicators. As a result, at the output of the adder 15, a signal is generated
Figure 00000023
and at the output of block 1 - a signal
Figure 00000024

Первый (со стороны блока 12) и третий (со стороны релейного элемента 16) положительные входы сумматора 13 имеют единичные коэффициенты усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления kмkω/R+kв. В результате на выходе этого сумматора формируется сигналThe first (from the side of the block 12) and the third (from the side of the relay element 16) positive inputs of the adder 13 have unit gains, and its second positive input is the gain k m k ω / R + k in . As a result, a signal is generated at the output of this adder

Figure 00000025
Figure 00000025

Первый положительный вход сумматора 25 (со стороны блока 24) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления 1/ip. В результате на его выходе формируется сигнал

Figure 00000026
а на выходе блока 26 - сигнал
Figure 00000027
The first positive input of the adder 25 (from the side of block 24) has a unity gain, and its second negative input has a gain of 1 / i p . As a result, a signal is generated at its output.
Figure 00000026
and at the output of block 26, a signal
Figure 00000027

Все входы сумматора 2 положительные. Его первый вход (со стороны блока 1) имеет единичный коэффициент усиления, второй (со стороны сумматора 13) - коэффициент усиления R/(kмky), третий (со стороны блока 26) - коэффициент усиления L/(kмky), а четвертый - коэффициент усиления LkBip/(kмky). В результате на выходе этого сумматора формируется сигналAll inputs of adder 2 are positive. Its first input (from the side of block 1) has a unity gain, the second (from the adder 13) has a gain R / (k m k y ), the third (from the side of block 26) has a gain L / (k m k y ), and the fourth is the gain Lk B i p / (k m k y ). As a result, a signal is generated at the output of this adder

Figure 00000028
Figure 00000028

После подстановки U* с учетом выражения (4) в выражение (3) уравнение, описывающее динамику рассматриваемого электропривода, будет иметь видAfter substituting U * taking into account expression (4) into expression (3), the equation describing the dynamics of the drive in question will have the form

Figure 00000029
Figure 00000029

Очевидно, что уравнение (5) имеет постоянные желаемые параметры, а сам рассматриваемый электропривод - постоянные желаемые динамические свойства и показатели качества работы.It is obvious that equation (5) has constant desired parameters, and the drive in question has constant desired dynamic properties and performance indicators.

Claims (1)

Самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения, первый сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с датчиком скорости, установленным в первой степени подвижности манипулятора, непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, установленным в первой степени подвижности манипулятора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом через третий сумматор - к первому входу первого блока умножения, последовательно соединенные задатчик постоянного сигнала, четвертый сумматор, второй блок умножения и пятый сумматор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, последовательно соединенные датчик массы захваченного груза и шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу задатчик постоянного сигнала, а выход - ко второму входу первого блока умножения, причем выход датчика скорости подключен ко вторым входам третьего и пятого сумматоров и через релейный элемент - к третьему входу пятого сумматора, последовательно соединенные первый синусный функциональный преобразователь и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, установленного во второй степени подвижности манипулятора, а выход - ко второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные источник сигнала углового положения и седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, а выход - ко входу синусного функционального преобразователя, причем второй вход четвертого сумматора подключен к выходу датчика массы, отличающийся тем, что дополнительно введены второй датчик ускорения, установленный на выходном валу редуктора, последовательно соединенные дифференциатор, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, восьмой сумматор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, а выход - к третьему ходу первого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, последовательно соединенные второй косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, и шестой блок умножения, второй вход которого через седьмой блок умножения подключен к выходу первого датчика ускорения и входу дифференциатора, а выход - ко второму входу восьмого сумматора, причем второй вход седьмого блока умножения подключен к выходу датчика скорости.A self-adjusting manipulator electric drive, comprising a first multiplication unit, a first adder, an amplifier and an electric motor connected in series with a speed sensor installed in the first degree of manipulator mobility, directly and through a gearbox, with a first position sensor installed in the first degree of manipulator mobility, the output of which is connected with the first input of the second adder connected by the second input to the input of the device, and the output through the third adder to the first input of the first block multiplicities connected in series with a constant signal master, a fourth adder, a second multiplication unit and a fifth adder, the output of which is connected to the second input of the first adder, series-connected mass sensor of the captured load and the sixth adder, the second input of which is connected to the output of the constant signal master, and the output is to the second input of the first multiplication block, and the output of the speed sensor is connected to the second inputs of the third and fifth adders and through the relay element to the third input of the fifth adder, last the first sine functional converter and the third multiplication unit are connected, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor installed in the second degree of manipulator mobility, and the output is connected to the second input of the second multiplication unit, the angular position signal source and the seventh adder are connected in series, the second input which is connected to the output of the first position sensor, and the output to the input of the sine functional Converter, and the second input of the fourth adder is connected the output of the mass sensor, characterized in that a second acceleration sensor is installed on the output shaft of the gearbox, a differentiator is connected in series, a fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first sine functional converter, the eighth adder and the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fourth adder, and the output to the third stroke of the first adder, the fourth input of which is connected to the output of the second acceleration sensor, connected in series the second cosine functional converter, the input of which is connected to the output of the seventh adder, and the sixth multiplication unit, the second input of which through the seventh multiplication unit is connected to the output of the first acceleration sensor and the input of the differentiator, and the output to the second input of the eighth adder, the second input of the seventh unit Multiplication is connected to the output of the speed sensor.
RU2018132910A 2018-09-14 2018-09-14 Self-tuning electric manipulator drive RU2706079C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018132910A RU2706079C1 (en) 2018-09-14 2018-09-14 Self-tuning electric manipulator drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018132910A RU2706079C1 (en) 2018-09-14 2018-09-14 Self-tuning electric manipulator drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2706079C1 true RU2706079C1 (en) 2019-11-13

Family

ID=68579956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018132910A RU2706079C1 (en) 2018-09-14 2018-09-14 Self-tuning electric manipulator drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2706079C1 (en)

Citations (4)

* 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
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 (4)

* 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
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
RU2372186C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulation robot
RU2706079C1 (en) Self-tuning electric manipulator drive
RU2325268C1 (en) Control of robotic machine drive
RU2608005C1 (en) Self-adjusting electric drive of manipulator
RU2425746C2 (en) Robot electrical drive
RU2562403C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulator
RU2705737C1 (en) Self-tuning electric manipulator drive
RU2359306C2 (en) Self-adapting electric drive of robot
RU2423225C1 (en) Robot electric drive
RU2631783C1 (en) Self-assisted electric drive of manipulator
RU2363972C2 (en) Robot self-adaptive electric drive
RU2443542C1 (en) Manipulator electric drive
RU2606372C1 (en) Self-adjusting electric drive of manipulator
RU2443543C1 (en) Manipulator electric drive
RU2257288C1 (en) Device for control of robot actuator
RU2380215C1 (en) Self-tuning electric drive of robot
RU2424894C1 (en) Robot electric drive
RU2212329C1 (en) Device for control of robot drive
RU2478465C1 (en) Manipulator electric drive
RU2705739C1 (en) Self-tuning electric manipulator drive
RU2311284C1 (en) Device for controlling drive of a robot
RU2345885C1 (en) Robot drive control device