Патент на изобретение №2311284
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ РОБОТА
(57) Реферат:
Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания систем управления приводами робота. Технический результат – обеспечение высокой динамической точности привода заданной степени подвижности робота с учетом электрической постоянной времени якорной цепи электродвигателя. В изобретении за счет дополнительного введения третьего задатчика постоянного сигнала и тринадцатого сумматора, а также соответствующих связей удалось обеспечить полную инвариантность рассматриваемого привода робота к эффектам взаимовлияния между его степенями подвижности и моментам трения. Это позволило получить стабильно высокое качество управления в любых режимах работы рассматриваемого привода. 2 ил.вх – сигнал желаемого положения третьей степени подвижности; , , – скорости изменения обобщенных координат; , – ускорения обобщенных координат; Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки Рассматриваемый привод управляет обобщенной координатой q3. Конструкция робота (см. фиг.2) является наиболее типовой для отечественных и зарубежных промышленных роботов. Моментные характеристики привода, управляющего координатой q3, зависят от изменения координат q2, q3, , , , mг. В связи с этим для качественного управления координатой q3 необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q2, q3, , , а также переменной массы груза mг на динамические свойства рассматриваемого привода поворота (координата q3). На основе уравнений Лагранжа 2-го рода можно записать, что моментное воздействие на выходной вал привода, управляющего координатой q3, при движении робота (фиг.2) с грузом имеет вид Из (2) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, и параметры привода, управляющего координатой q3, являются существенно переменными, зависящими от величины mг, q2, q3, , , , , , . В результате в процессе работы привода существенно меняются его динамические свойства. В результате для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое стабилизировало бы параметры привода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами Первый положительный вход сумматора 2 (со стороны сумматора 1) единичный, а его второй отрицательный вход имеет коэффициент усиления K где |Мт| – величина момента сухого трения при движении. Первый положительный вход сумматора 4 (со стороны блока 3 умножения) имеет коэффициент усиления второй положительный (со стороны сумматора 11) – коэффициент усиления R/(KмKy), а третий положительный (со стороны сумматора 2) – коэффициент усиления , где Jн – номинальное (желаемое) значение приведенного момента инерции, обеспечивающее рассматриваемому приводу робота заданные динамические свойства и показатели качества. Первый положительный вход сумматора 13 (со стороны датчика 15) имеет коэффициент усиления l2l3/ip, а его второй положительный вход (со стороны задатчика 12) – единичный коэффициент усиления. Сигнал с выхода задатчика 12 сигнала равен а задатчика 16 сигнала – Первый (со стороны блока 19 умножения) и третий (со стороны задатчика 16 сигнала) положительные входы сумматора 18 имеют единичные коэффициенты усиления, а второй положительный вход (со стороны датчика 15) – коэффициент усиления Таким образом, на выходе сумматора 13 формируется сигнал . Поскольку функциональный преобразователь 24 формирует сигнал cosq3, то на выходе блока 19 умножения появляется сигнал , а на выходе сумматора 18 – сигнал Первый положительный вход сумматора 27 (со стороны датчика 14) имеет коэффициент усиления 2, а его второй отрицательный вход – коэффициент усиления l/ip. В результате на выходе блока 29 умножения формируется сигнал На выходе блока 36 умножения формируется сигнал Первый (со стороны блока 29) и второй положительные входы сумматора 30 имеют соответственно коэффициенты усиления l/ip и l/ip 2. В результате на выходе блока 31 формируется сигнал Первый положительный вход сумматора 51 (со стороны датчика 7 скорости) имеет коэффициент усиления l/ip, а его второй положительный вход – единичный коэффициент усиления. В результате на его выходе формируется сигнал На выходе блока 48 умножения формируется сигнал Первый и второй положительные входы сумматора 44 имеют коэффициенты усиления I/l2, поэтому на его выходе формируется сигнал Первый и второй положительные входы сумматора 32 имеют единичные коэффициенты усиления, а пятый и шестой положительные входы сумматора 4 – коэффициенты усиления L/(KyKм). Таким образом, с учетом указанных коэффициентов усиления соответствующих входов сумматора 4 на его выходе окончательно формируется сигнал Несложно показать, что поскольку при движении привода достаточно точно соответствует Мстр, то, подставив полученное значение U*(3) в соотношение (2), получим уравнение , которое имеет постоянные желаемые параметры, т.е. привод, управляющий координатой q3, будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями.
Формула изобретения
Устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные релейный элемент и четвертый сумматор, второй вход которого подключен к входу релейного элемента, второму входу второго сумматора и выходу первого датчика скорости, выход – к второму входу третьего сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала и пятый сумматор, а также второй датчик скорости, установленный во второй степени подвижности манипулятора, датчик массы, второй задатчик сигнала, квадратор, шестой сумматор, второй, третий, четвертый и пятый блоки умножения, первый датчик ускорения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, а также первый косинусный и второй синусный функциональные преобразователи, вход каждого из которых соединен с выходом первого датчика положения, выход датчика массы подключен к второму входу первого блока умножения, первому входу шестого сумматора и второму входу пятого сумматора, соединенного выходом с первыми входами второго и третьего блоков умножения, второй вход каждого из которых подключен соответственно к выходам первого и второго функциональных преобразователей, а их выходы – соответственно к второму входу шестого сумматора и первому входу четвертого блока умножения, соединенного вторым входом через квадратор с выходом второго датчика скорости, а выходом – с третьим входом четвертого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу пятого блока умножения, соединенного первым входом с выходом первого датчика ускорения, а вторым входом – с выходом шестого сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, а выход второго сумматора соединен с третьим входом третьего сумматора, а также второй датчик ускорения, установленный на валу двигателя и выходом подключенный к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные седьмой сумматор, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, восьмой сумматор, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и девятый сумматор, второй вход которого через последовательно соединенные первый дифференциатор и девятый блок умножения подключен к выходу первого датчика ускорения, а его выход – к пятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные десятый и одиннадцатый блоки умножения, причем второй вход девятого блока умножения подключен к выходу шестого сумматора, первый и второй входы десятого блока умножения соответственно к выходам квадратора и первого функционального преобразователя, второй вход одиннадцатого блока умножения – к выходу первого датчика скорости и второму входу седьмого сумматора, а его выход – ко второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, двенадцатый блок умножения, второй вход которого через второй дифференциатор подключен к выходу третьего датчика ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, тринадцатый блок умножения и одиннадцатый сумматор, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу десятого сумматора, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные семнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен со вторым входом шестнадцатого блока умножения, второй вход с выходом третьего функционального преобразователя, и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора и вторым входам тринадцатого и четырнадцатого блоков умножения, а выход – к пятому входу четвертого сумматора, а также двенадцатый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков скорости, а выход – к второму входу пятнадцатого блока умножения, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные третий задатчик сигнала и тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика ускорения, а выход – к первому входу семнадцатого блока умножения.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 29.03.2008
Извещение опубликовано: 27.03.2010 БИ: 09/2010
|
||||||||||||||||||||||||||
– ошибка привода; m1, m2, m3, mг. – массы звеньев исполнительного органа и захваченного груза; , – расстояния от осей вращения звеньев до их центров масс; l2, l3 – длины звеньев; – скорость вращения ротора двигателя третьей степени подвижности; U*,U – усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем 6.
с сумматора 1 после коррекции в блоках 2, 3, 4, усиливаясь, поступает на электродвигатель 6, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U, моментов трения и внешнего моментного воздействия Мв. Электропривод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния степеней подвижности исполнительного органа 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 электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, что позволяет обеспечить стабильность заданного качества системы управления.
/Kу. Первый, третий и четвертый положительные входы сумматора 11 (соответственно со стороны релейного элемента 10, блока 21 умножения и блока 22 умножения) единичные, пятый положительный (со стороны блока 50 умножения) имеет коэффициент усиления I/l2, а его второй положительный вход (со стороны датчика 7 скорости) имеет коэффициент усиления (KмK
