Патент на изобретение №2398673

(54) ЭЛЕКТРОПРИВОД РОБОТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания электроприводов роботов. Электропривод содержит последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и двигатель. Первый датчик скорости непосредственно связан с двигателем, который через редуктор связан с первым датчиком положения. Выход первого датчика положения подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства. Оно содержит 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 четвертого сумматора подключен ко второму входу третьего сумматора. Позволяет обеспечить высокую динамическую точность электропривода заданной степени подвижности робота и получить стабильно высокое качество управления в любых режимах его работы. 2 ил.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания высокоточных приводов роботов.

Известно 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, датчик массы, второй задатчик сигнала, квадратор, шестой сумматор, второй, третий, четвертый и пятый блоки умножения, первый датчик ускорения, 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 выходу 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 – к 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, и 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, 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, а его 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, последовательно соединенные третий источник постоянного сигнала и тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика ускорения, а выход – к первому входу семнадцатого блока умножения (см. патент РФ 2311284, БИ 33, 2007 г.).

Недостатком этого устройства является то, что оно предназначено для робота, имеющего иную кинематическую схему, поэтому в нем учтены не все моментные воздействия на рассматриваемый привод, которые должны быть точно компенсированы.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является 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, датчик массы, второй задатчик сигнала, квадратор, шестой сумматор, второй, третий, четвертый и пятый блоки умножения, первый датчик ускорения, 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 выходу 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 – к 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, и третий синусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные двенадцатый блок умножения, первый 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, четвертый косинусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные семнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения и вторым входом шестнадцатого блока умножения, 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, последовательно соединенные девятнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом четвертого косинусного функционального преобразователя и вторыми входами двенадцатого и семнадцатого блоков умножения, а его второй вход – с выходом двенадцатого сумматора, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя и к первому входу четырнадцатого блока умножения, и двадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, а выход – с седьмым входом третьего сумматора (см. патент РФ 2311283, БИ 33, 2007 г.).

Недостатком этого устройства также является то, что оно предназначено для робота, имеющего другую кинематическую схему, поэтому в нем учтены не все моментные воздействия на рассматриваемый привод, которые должны быть точно компенсированы.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств электропривода третьей степени подвижности данного робота к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при его одновременном движении по всем четырем рассматриваемым степеням подвижности и тем самым повышение его динамической точности управления.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в получении дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение дополнительного моментного воздействия, компенсирующего вредное моментное воздействие на качественные показатели работы рассматриваемого электропривода.

Это достигается тем, что в электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый и второй сумматоры, 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, датчик массы, второй задатчик сигнала, квадратор, шестой сумматор, второй, третий, четвертый и пятый блоки умножения, первый датчик ускорения, 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 выходу 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 – к 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, и третий синусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные двенадцатый блок умножения, первый 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, четвертый косинусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные семнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения и вторым входом шестнадцатого блока умножения, 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, последовательно соединенные девятнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом четвертого косинусного функционального преобразователя и вторыми входами двенадцатого и семнадцатого блоков умножения, а его второй вход – с выходом двенадцатого сумматора, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя и к первому входу четырнадцатого блока умножения, и двадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, а выход – с седьмым входом третьего сумматора, дополнительно вводятся последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, третий дифференциатор, двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя и второму входу двадцать второго блока умножения, четырнадцатый сумматор, второй вход которого через двадцать третий блок умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого датчика ускорения и первым входом двадцать второго блока умножения, подключен к выходу девятнадцатого блока умножения, а его третий вход – к выходу двадцать второго блока умножения, и двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, а выход – с третьим входом одиннадцатого сумматора.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом заявленная совокупность признаков отличительной части формулы изобретения обеспечивает высокую точность и устойчивость работы электропривода робота в условиях существенного изменения параметров его нагрузки.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого электропривода робота, а на фиг.2 – кинематическая схема его исполнительного органа.

Электропривод робота содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, второй сумматор 2, первый блок 3 умножения, третий сумматор 4, усилитель 5 и двигатель 6, связанный с первым датчиком скорости 7 непосредственно и через редуктор 8 с первым датчиком 9 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные релейный элемент 10 и четвертый сумматор 11, второй вход которого подключен к входу релейного элемента 10, второму входу второго сумматора 2 и выходу первого датчика 7 скорости, выход – к второму входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала и пятый сумматор 13, а также второй датчик 14 скорости, датчик 15 массы, второй задатчик 16 сигнала, квадратор 17, шестой сумматор 18, второй 19, третий 20, четвертый 21 и пятый 22 блоки умножения, первый датчик 23 ускорения, а также первый 24 косинусный и второй 25 синусный функциональные преобразователи, вход каждого из которых соединен с выходом первого датчика 9 положения, выход датчика 15 массы подключен к второму входу первого блока 3 умножения, первому входу шестого сумматора 18 и второму входу пятого 13 сумматора, соединенного выходом с первыми входами второго 19 и третьего 20 блоков умножения, второй вход каждого из которых подключен соответственно к выходу первого 24 и второго 25 функциональных преобразователей, а их выходы – соответственно к второму входу шестого сумматора 18 и первому входу четвертого блока 21 умножения, соединенного вторым входом через квадратор 17 с выходом второго датчика 14 скорости, а выходом – с третьим входом четвертого сумматора 11, четвертый вход которого подключен к выходу пятого блока 22 умножения, соединенного первым входом с выходом первого датчика 23 ускорения, а вторым входом – с выходом шестого сумматора 18, третий вход которого подключен к выходу второго задатчика 16 сигнала, а выход второго сумматора 2 соединен с третьим входом третьего сумматора 4, а также второй датчик 26 ускорения, установленный на валу двигателя и выходом подключенный к четвертому входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные седьмой сумматор 27, первый вход которого подключен к выходу второго датчика 14 скорости, шестой блок 28 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 23 ускорения, седьмой блок умножения 29, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя 25, восьмой сумматор 30, восьмой блок 31 умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора 13, и девятый сумматор 32, второй вход которого через последовательно соединенные первый дифференциатор 33 и девятый блок 34 умножения подключен к выходу первого датчика 23 ускорения, а его выход – к пятому входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные десятый 35 и одиннадцатый блоки 36 умножения, причем второй вход девятого блока 34 умножения подключен к выходу шестого сумматора 12, первый и второй входы десятого блока 35 умножения – соответственно к выходам квадратора 17 и первого функционального преобразователя 24, второй вход одиннадцатого блока 36 умножения – к выходу первого датчика 7 скорости и второму входу седьмого сумматора 27, а его выход – к второму входу восьмого сумматора 30, последовательно соединенные второй датчик 37 положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, десятый сумматор 38, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 9 положения, и третий синусный функциональный преобразователь 39, последовательно соединенные двенадцатый блок 40 умножения, первый вход которого через второй дифференциатор 41 подключен к выходу третьего датчика 42 ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, тринадцатый блок 43 умножения и одиннадцатый сумматор 44, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора 4, четвертый косинусный функциональный преобразователь 45, последовательно соединенные четырнадцатый 46, пятнадцатый 47 и шестнадцатый 48 блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора 44, последовательно соединенные семнадцатый блок 49 умножения, первый вход которого соединен с выходом третьего датчика 42 ускорения и вторым входом шестнадцатого блока 48 умножения, и восемнадцатый блок 50 умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора 13 и вторым входам тринадцатого 43 и четырнадцатого 46 блоков умножения, а выход – к пятому входу четвертого сумматора 11, а также двенадцатый сумматор 51, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого 6 и второго 14 датчиков скорости, а выход – к второму входу пятнадцатого блока 47 умножения, последовательно соединенные девятнадцатый блок 52 умножения, первый вход которого соединен с выходом четвертого косинусного функционального преобразователя 45 и вторыми входами двенадцатого 40 и семнадцатого 49 блоков умножения, а его второй вход – с выходом двенадцатого сумматора 51, тринадцатый сумматор 53, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя 39 и к первому входу четырнадцатого блока 46 умножения, и двадцатый блок 54 умножения, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора 13, а выход – с седьмым входом третьего сумматора 4, последовательно соединенные четвертый датчик 55 ускорения, третий дифференциатор 56, двадцать первый блок 57 умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя 39 и второму входу двадцать второго блока 58 умножения, четырнадцатый сумматор 59, второй вход которого через двадцать третий блок 60 умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого датчика 55 ускорения и первым входом двадцать второго блока 58 умножения, подключен в выходу девятнадцатого блока 52 умножения, а его третий вход – к выходу двадцать второго блока 58 умножения, и двадцать четвертый блок 61 умножения, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора 13, а выход – с третьим входом одиннадцатого сумматора 44. Объект управления 62.

На чертежах приведены следующие обозначения: _вх – сигнал желаемого положения третьей степени подвижности робота; q₁, q_2, q₃, q₄ – соответствующие обобщенные координаты исполнительного органа робота; – скорость изменения второй обобщенной координаты; – ускорения соответствующих обобщенных координат; =_вх-q₃ – ошибка электропривода (величина рассогласования); m₁, m₂, m₃, m_г – соответственно массы первого, второго, третьего звеньев исполнительного органа робота и захваченного груза; – расстояния от осей вращения соответствующих звеньев до их центров масс; l₂, l₃ – длины соответствующих звеньев; – соответственно скорость и ускорение вращения ротора двигателя; U*, U – соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 6.

Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки с сумматора 1 после коррекции в блоках 2, 3, 4, усиливаясь, поступает на вход электродвигателя 6, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U, моментов трения и внешнего моментного воздействия М_в. Рассматриваемый электропривод третьей степени подвижности робота (координата q₃) при работе с различными грузами, а также за счет взаимодействия 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.

Рассматриваемый привод управляет обобщенной координатой q₃. Конструкция робота (см. фиг.2) позволяет осуществлять горизонтальное (координата q₄) и вертикальное (координата q₁) прямолинейные перемещения груза, а также два вращательных движения в вертикальной плоскости (координаты q₂ и q₃). Причем движения всех звеньев исполнительного органа робота осуществляются в одной вертикальной плоскости.

Моментные характеристики привода, управляющего координатой q₃,

зависят от изменения координат q₂, q₃, m_г. В связи с этим для качественного управления координатой q₃ необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q₂, q₃, , , , , , , а также переменной массы груза m_г на динамические свойства рассматриваемого электропривода поворота (координата q₃).

На основе уравнения Лагранжа 2-го рода можно записать, что моментное воздействие на выходной вал привода, управляющего координатой q₃, при движении робота (см. фиг.2) с грузом имеет вид

где R – активное сопротивление якорной цепи электродвигателя 6; J – момент инерции якоря электродвигателя и вращающихся частей редуктора 8, приведенных к валу двигателя; K_м – коэффициент крутящего момента; K – коэффициент противо-ЭДС; K_в – коэффициент вязкого трения; i_p – передаточное отношение редуктора; М_стр – момент сухого трения; К_у – коэффициент усиления усилителя 5; i – ток якоря; , – соответственно скорость и ускорение вращения вала электродвигателя третьей степени подвижности исполнительного органа робота.

Параметры соотношения (2), а следовательно, и параметры электропривода, управляющего координатой q₃, являются существенно переменными, зависящими от величин q₂, q₃, m_г.

Первый положительный вход сумматора 13 (со стороны датчика 15) имеет коэффициент усиления l₂l₃/ i_p, а его второй положительный вход (со стороны задатчика 12) – единичный коэффициент усиления. Сигнал с выхода задатчика 12 равен m₃l₂l/i_p, а с выхода задатчика 16 – .

Все входы сумматора 18 положительные. Его первый (со стороны блока 19) и третий (со стороны задатчика 16) входы имеют единичные коэффициенты усиления, а второй (со стороны датчика 15) – коэффициент усиления .

Таким образом, на выходе сумматора 13 формируется сигнал . Поскольку датчик 9 измеряет координату q₃, а функциональный преобразователь 24 формирует сигнал cos q₃, то на выходе блока 19 появляется сигнал , а на выходе сумматора 18 – сигнал

Датчик 23 установлен во второй степени подвижности исполнительного органа и измеряет ускорение вращения этой степени подвижности (координату q₂). Поэтому на выходе блока 22 умножения формируется сигнал

Датчик 14 также установлен во второй степени подвижности и измеряет скорость ее вращения (координату ), а функциональный преобразователь 25 формирует сигнал sin q₃. Поэтому на выходе блока 20 появляется сигнал а на выходе блока 21 – сигнал

Датчик 37 установлен во второй степени подвижности исполнительного органа и измеряет обобщенную координату q₂. Первый и второй положительные входы сумматора 38 имеют единичные коэффициенты усиления, поэтому на выходе функционального преобразователя 39 формируется сигнал sin(q₂+q₃), а на выходе функционального преобразователя 45 – сигнал cos(q₂+q₃). Датчик 42 установлен в четвертой степени подвижности исполнительного органа и измеряет ускорение движения в этой степени . В результате на выходе блока 43 формируется сигнал а на выходе блока 50 – сигнал

Первый положительный вход сумматора 2 (со стороны сумматора 1) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход – коэффициент усиления K/K_у. Поэтому на выходе этого сумматора формируется сигнал , а на выходе блока 3 – сигнал .

Все входы сумматора 11 положительные. Его первый, третий и четвертый входы (соответственно со стороны релейного элемента 10, блока 21 и блока 22) имеют единичные коэффициенты усиления, второй (со стороны датчика 7) – коэффициент усиления (K_мK/R+K_в), а пятый (со стороны блока 50) – коэффициент усиления l/l₂. Выходной сигнал релейного элемента 10 с нулевой нейтральной точкой имеет вид

где |М_т| – величина момента сухого трения при движении. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал

.

Датчик 26 измеряет ускорение вращения выходного вала электродвигателя . На выходе блока 34 формируется сигнал Первый положительный вход сумматора 27 (со стороны датчика 14) имеет коэффициент усиления 2, а его второй отрицательный вход – коэффициент усиления l/i_p.В результате на выходе блока 29 формируется сигнал . На выходе блока 36 формируется сигнал

Первый (со стороны блока 29) положительный вход сумматора 30 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный – коэффициенты усиления l/i_p. В результате на выходе блока 31 формируется сигнал Первый и второй положительные входы сумматора 32 имеют единичные коэффициенты усиления.

Первый (со стороны датчика 7) и второй положительные входы сумматора 51 имеют коэффициенты усиления 1/i_p и единичный, соответственно. В результате на его выходе формируется сигнал а на выходе блока 48 – сигнал

Датчик 55 установлен в первой степени подвижности исполнительного органа и измеряет ускорение движения в этой степени . В результате на выходе блока 57 формируется сигнал на выходе блока 60 – сигнал , а на выходе блока 58 – сигнал .

Первый (со стороны блока 57), второй (со стороны блока 60) положительные входы сумматора 59 имеют единичные коэффициенты усиления, а его третий положительный вход – коэффициенты усиления R/L. В результате на выходе блока 61 формируется сигнал

Первый и третий положительные (со стороны блоков 43 и 61), а также второй отрицательный входы сумматора 44 имеют коэффициенты усиления 1/1₂. Поэтому на его выходе формируется сигнал

Первый (со стороны блока 52) и второй положительные входы сумматора 53 имеют коэффициенты усиления gL/(l₂K_yK_м) и gR/(l₂K_yK_м) соответственно. В результате на выходе блока 54 формируется сигнал

Все входы сумматора 4 положительные. Его первый вход (со стороны блока 3) имеет коэффициент усиления , второй (со стороны сумматора 11) – коэффициент усиления R/(K_мK_y), третий (со стороны сумматора 2) – коэффициент усиления (J_H=const – номинальное значение приведенного момента инерции, обеспечивающее рассматриваемому электроприводу заданные динамические свойства и показатели качества), четвертый (со стороны датчика 26) – коэффициент усиления пятый и шестой (соответственно со стороны сумматоров 32 и 44) – коэффициенты усиления L/(K_yK_м), а седьмой (со стороны блока 54) – единичный коэффициент усиления. В результате на выходе сумматора 4 окончательно формируется сигнал

Несложно показать, что поскольку |M_т|sign при движении электропривода достаточно точно соответствует М_стр, то подставив полученное значение U* (3) в соотношение (2), получим уравнение , которое имеет постоянные желаемые параметры, т.е. электропривод, управляющий координатой q₃, будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями.

Таким образом, за счет дополнительного введения четвертого датчика 55 ускорения, третьего дифференциатора 56, двадцать первого 57, двадцать второго 58, двадцать третьего 60 и двадцать четвертого 61 блоков умножения, а также четырнадцатого сумматора 59 и соответствующих связей удалось обеспечить полную инвариантность рассматриваемого электропривода ко всем приложенным к нему моментным воздействиям. Это позволяет получить стабильно высокое качество управления в любых режимах его работы.

Формула изобретения

Электропривод робота, содержащий 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, датчик массы, второй задатчик сигнала, квадратор, шестой сумматор, второй, третий, четвертый и пятый блоки умножения, первый датчик ускорения, 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 выходу 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 – к 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, и третий синусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные двенадцатый блок умножения, первый 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, четвертый косинусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные семнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения и вторым входом шестнадцатого блока умножения, 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, последовательно соединенные девятнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом четвертого косинусного функционального преобразователя и вторыми входами двенадцатого и семнадцатого блоков умножения, а его второй вход – с выходом двенадцатого сумматора, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя и к первому входу четырнадцатого блока умножения, и двадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, а выход – с седьмым входом третьего сумматора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, третий дифференциатор, двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя и второму входу двадцать второго блока умножения, четырнадцатый сумматор, второй вход которого через двадцать третий блок умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого датчика ускорения и первым входом двадцать второго блока умножения, подключен к выходу девятнадцатого блока умножения, а его третий вход – к выходу двадцать второго блока умножения, и двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, а выход – с третьим входом одиннадцатого сумматора.

РИСУНКИ