RU2028930C1 - Device for controlling the robot drive - Google Patents

Device for controlling the robot drive Download PDF

Info

Publication number
RU2028930C1
RU2028930C1 SU5064602A RU2028930C1 RU 2028930 C1 RU2028930 C1 RU 2028930C1 SU 5064602 A SU5064602 A SU 5064602A RU 2028930 C1 RU2028930 C1 RU 2028930C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
adder
sensor
multiplication
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Ф. Филаретов
Original Assignee
Дальневосточный государственный технический университет
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 Дальневосточный государственный технический университет filed Critical Дальневосточный государственный технический университет
Priority to SU5064602 priority Critical patent/RU2028930C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2028930C1 publication Critical patent/RU2028930C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: in order to shape the required corrective signals position pickup 26, functional converter 28, multiplier unit 29 and summator 27 connected in series are additionally introduced into the device. The second input of the summator is connected to the output of position pickup 9. The second input of multiplier unit 29 is connected to the output of summator 13, and the output is connected to the fifth input of summator 11. EFFECT: simpler design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания систем управления приводами роботов. The invention relates to robotics and can be used to create robot drive control systems.

Известно устройство для управления приводом робота, содержащее первый сумматор, выход которого через апериодическое звено соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с первым входом первого блока умножения, второй вход которого соединен с первым выходом вычислительного блока, а выход - с последовательно соединенными первыми усилителем, электродвигателем с редуктором и датчиком положения, выход которого соединен с вторым отрицательным входом первого сумматора, выход которого через инерционное дифференцирующее звено и второй блок умножения соединен с вторым входом второго сумматора, второй вход второго блока умножения соединен с выходом первого блока деления, вход делимого и делителя которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами вычислительного блока, вход датчика положения соединен через датчик скорости со скоростным входом вычислительного блока, первый идентифицирующий вход которого соединен с выходом первого источника опорного направления, а входы момента и ускорения этого блока подключены соответственно к выходам датчика тока двигателя и датчика ускорения, вход которого соединен с входом датчика положения и объектом управления, причем вычислительный блок выполнен в виде третьего сумматора, выход которого через интегратор соединен с входом делимого второго блока деления, выход которого соединен с вторым выходом вычислительного блока и первым входом третьего блока умножения, выход которого соединен с первым отрицательным входом четвертого сумматора, второй вход которого соединен с входом интегратора, а выход - со входом делимого третьего блока деления, выход которого соединен с первым входом пятого сумматора, второй вход которого соединен с первым идентифицирующим входом вычислительного блока, а выход - с третьим выходом вычислительного блока и через второй усилитель - с первым выходом этого блока, вход делителя второго блока деления соединен со скоростным входом вычислительного блока, первым отрицательным входом третьего сумматора, с входом делителя третьего блока деления и через релейный элемент - с вторым отрицательным входом третьего сумматора, вход ускорения и моментный вход вычислительного блока соединены соответственно с вторым входом третьего блока умножения и третьим входом третьего сумматора (авт.св. N 1405023, кл. В 25 J 13/00, 1988). A device for controlling a robot drive is known, comprising a first adder, the output of which is connected through an aperiodic link to the first input of the second adder, the output of which is connected to the first input of the first multiplication unit, the second input of which is connected to the first output of the computing unit, and the output is connected in series with the first an amplifier, an electric motor with a gearbox and a position sensor, the output of which is connected to the second negative input of the first adder, the output of which is through an inertial differentiating the link and the second multiplication unit is connected to the second input of the second adder, the second input of the second multiplication unit is connected to the output of the first division unit, the input of the dividend and divider of which are connected respectively to the second and third outputs of the computing unit, the input of the position sensor is connected through the speed sensor to the high-speed input of the computing block, the first identifying input of which is connected to the output of the first source of the reference direction, and the moment and acceleration inputs of this block are connected respectively to the outputs of the sensors the current of the motor and the acceleration sensor, the input of which is connected to the input of the position sensor and the control object, and the computing unit is made in the form of a third adder, the output of which through the integrator is connected to the input of the divisible second division unit, the output of which is connected to the second output of the computing unit and the first input the third block of multiplication, the output of which is connected to the first negative input of the fourth adder, the second input of which is connected to the input of the integrator, and the output to the input of the dividend third block is divided I, whose output is connected to the first input of the fifth adder, the second input of which is connected to the first identifying input of the computing unit, and the output - to the third output of the computing unit and through the second amplifier - to the first output of this unit, the input of the divider of the second division unit is connected to the high-speed input computing unit, the first negative input of the third adder, with the input of the divider of the third division unit and through the relay element with the second negative input of the third adder, the acceleration input and momentary input the calculation block are connected respectively to the second input of the third multiplication block and the third input of the third adder (ed. N 1405023, CL In 25 J 13/00, 1988).

Недостатком этого устройства является малая точность при больших скоростях движения манипулятора, когда параметры привода нельзя считать квазистационарными. The disadvantage of this device is the low accuracy at high speeds of the manipulator, when the drive parameters cannot be considered quasi-stationary.

Известно также устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый блок умножения и первый сумматор, последовательно подключенные 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 выходу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, четвертый сумматор, первый квадратор и второй блок умножения, второй блок которого подключен к выходу датчика массы и первому входу третьего блока умножения, а выход - к первому входу пятого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика сигнала, а третьим входом - с выходом второго квадратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу шестого сумматора, соединенного выходом с первым входом четвертого блока умножения, а вторым входом - с выходом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика сигнала, выход третьего задатчика сигнала подключен к второму входу третьего сумматора, а выход второго датчика скорости соединен с вторым входом четвертого блока умножения. A device for controlling a robot drive is also known, comprising a first multiplication unit and a first adder connected in series, an amplifier and a motor connected in series with the first speed sensor directly and through a gearbox to a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the second adder connected to the second the input to the output of the device, a second position sensor, a third adder, a fourth adder, a first quadrator and a second multiplication unit, connected in series, a second the block of which is connected to the output of the mass sensor and the first input of the third block of multiplication, and the output to the first input of the fifth adder connected by the second input to the output of the first signal generator, and the third input to the output of the second quadrator, the input of which is connected to the output of the third adder and the first the input of the sixth adder connected by the output to the first input of the fourth multiplication unit, and the second input to the output of the third multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fourth adder connected by the second input to swing second setpoint signal, the output of the third setpoint signal is connected to the second input of the third adder, and a second velocity sensor output is connected to a second input of the fourth multiplier.

Кроме того, оно содержит пятый блок умножения, седьмой сумматор и последовательно соединенные релейный блок и последовательно соединенные релейный блок и восьмой сумматор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, соединенного выходом с входом усилителя, выход первого датчика скорости подключен к входу релейного блока, к второму входу восьмого сумматора и первому входу седьмого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора, первый вход пятого блока умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, второй вход - с выходом первого датчика скорости, а выход - с третьим входом восьмого сумматора (авт.св. N 1484702, кл. В 25 J 13/00, 1989). In addition, it contains a fifth multiplication unit, a seventh adder and a series-connected relay unit and a series-connected relay unit and an eighth adder, the output of which is connected to the second input of the first adder connected by the output to the input of the amplifier, the output of the first speed sensor is connected to the input of the relay unit, to the second input of the eighth adder and the first input of the seventh adder, the second input of which is connected to the output of the second adder, and the output to the first input of the first multiplication unit connected by the second going to the output of the fifth adder, the first input of the fifth multiplication unit is connected to the output of the fourth multiplication unit, the second input is connected to the output of the first speed sensor, and the output is connected to the third input of the eighth adder (ed. St. N 1484702, class B 25 J 13 / 00, 1989).

Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено только для конкретного привода робота с другой кинематической схемой. Для приводов других степеней подвижности других роботов (с другой кинематикой) это устройство не будет обеспечивать требуемую точность и устойчивость работы. The disadvantage of this device is that it is intended only for a specific robot drive with a different kinematic scheme. For drives of other degrees of mobility of other robots (with different kinematics) this device will not provide the required accuracy and stability.

Известно также 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 и со второго по пятый блоки умножения, датчик ускорения, а также первый и второй 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 функционального преобразователя, 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 датчика ускорения, а вторым входом - с выходом шестого сумматора, третий выход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, а выход второго сумматора соединен с третьим входом третьего сумматора. A device for controlling a robot drive is also known, comprising a first adder, a second adder, a first multiplication unit, a third adder, an amplifier and an engine connected directly to the first speed sensor and via a gearbox with a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the first an adder connected to the input of the second input of the device, a relay element connected in series and a fourth adder, the second input of which is connected to the input of the relay element, the second the second adder and the output of the first speed sensor, the output is to the second input of the third adder, the first signal pickup and the fifth adder are connected in series, as well as the second speed sensor, mass sensor, second signal pickup, quadrator, sixth adder and second to fifth multiplication units , the acceleration sensor, as well as the first and second functional converters, the input of each of which is connected to the output of the first position sensor, the output of the mass sensor is connected to the second input of the first multiplication unit, the first input of the sixth about the adder and the second input of the fifth adder connected by the output to the first inputs of the second and third multiplication units, the second input of each of which is connected respectively to the output of the first and second functional converter, and their outputs, respectively, to the second input of the sixth adder and the first input of the fourth multiplication unit connected by the second input through a quadrator to the output of the second speed sensor, and the output - with the third input of the fourth adder, the fourth input of which is connected to the output of the fifth multiplication block connected by the first input to the output of the acceleration sensor, and the second input to the output of the sixth adder, the third output of which is connected to the output of the second signal generator, and the output of the second adder is connected to the third input of the third adder.

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к изобретению. This device in its technical essence is the closest to the invention.

В прототипе рассматривается механизм с расположением двух последних звеньев в горизонтальной плоскости. Если эти звенья располагаются в вертикальной плоскости, что имеет место во многих конструкциях современных загрузочных роботов, то в моментных воздействиях на две последние переносные степени подвижности этих роботов будут присутствовать и гравитационные составляющие, которые отсутствовали в прототипе. Таким образом, устройство - прототип не может быть использовано для качественного управления приводами робота с вертикальным расположением двух последних звеньев ввиду неучета гравитационных составляющих моментов. The prototype considers a mechanism with the location of the last two links in a horizontal plane. If these links are located in a vertical plane, which takes place in many designs of modern loading robots, then in the momentary impacts on the last two portable degrees of mobility of these robots, gravitational components that were not in the prototype will be present. Thus, the prototype device cannot be used for high-quality control of the robot drives with the vertical arrangement of the last two links due to the neglect of gravitational components of the moments.

В результате возникает задача построения такой самонастраивающейся коррекции, которая обеспечила бы высокую динамическую точность работы привода робота с расположением звеньев в вертикальной плоскости. As a result, the problem arises of constructing such a self-adjusting correction, which would ensure high dynamic accuracy of the robot drive with the links in the vertical plane.

Технической задачей изобретения является обеспечение высокой динамической точности привода робота с другой кинематической схемой построения исполнительного органа. An object of the invention is to provide high dynamic accuracy of the drive of the robot with another kinematic diagram of the construction of the Executive body.

Это достигается тем, что в предлагаемое устройство для управления приводом робота дополнительно вводятся последовательно соединенные второй датчик положения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, третий функциональный преобразователь и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, а выход - к пятому входу четвертого сумматора. This is achieved by the fact that in the proposed device for controlling the robot drive, a second position sensor, a seventh adder, a second input of which is connected to the output of the first position sensor, a third functional converter and a sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fifth adder, are additionally introduced in series and the output goes to the fifth input of the fourth adder.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для управления приводом робота; на фиг.2 - кинематическая схема исполнительного органа робота, которая соответствует типовой схеме портального или балочного робота. In FIG. 1 is a block diagram of a device for controlling a robot drive; figure 2 is a kinematic diagram of the Executive body of the robot, which corresponds to a typical scheme of a portal or beam robot.

Устройство для управления приводом робота содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, второй сумматор 2, первый блок умножения 3, третий сумматор 4, усилитель 5 и двигатель 6, связанный с первым датчиком 7 скорости непосредственно и через редуктор 8 - с 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 скорости 7, выход - к второму входу третьего сумматора 4, последовательно соединенный 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 и со второго по пятый блоки умножения (19-22), датчик 23 ускорения, а также первый 24 и второй 25 функциональные преобразователи, вход каждого из которых соединен с выходом первого датчика 9 положения. The device for controlling the robot drive contains serially connected the first adder 1, the second adder 2, the first multiplication unit 3, the third adder 4, the amplifier 5 and the motor 6 connected directly to the first speed sensor 7 and through the gearbox 8 with a position sensor 9, the output of connected to the first input of the first adder 1, connected by the second input to the input of the device, the relay element 10 and the fourth adder 11 connected in series, the second input of which is connected to the input of the relay element 10, the second input of the second of the second adder 2 and the output of the first speed sensor 7, the output is to the second input of the third adder 4, the first signal adjuster 12 and the fifth adder 13 are connected in series, as well as the second speed sensor 14, the mass sensor 15, the second signal adjuster 16, the quadrator 17, the sixth the adder 18 and the second to fifth multiplication units (19-22), the acceleration sensor 23, as well as the first 24 and second 25 functional converters, the input of each of which is connected to the output of the first position sensor 9.

Выход датчика 15 массы подключен к второму входу первого блока 3 умножения, первому входу шестого сумматора 18 и второму входу пятого сумматора 13, соединенного выходом с первыми входами второго 19 и третьего 20 блока умножения, второй вход каждого из которых подключен к выходу первого 24 и второго 25 функционального преобразователя, а их выходы - к второму входу шестого сумматора 18 и первому входу четвертого блока 21 умножения, соединенного вторым входом через квадратор 17 с выходом второго датчика скорости 14, а выходом - с третьим входом четвертого сумматора 11. Четвертый вход последнего подключен к выходу пятого блока 22 умножения, соединенного первым входом с выходом 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. The output of the mass sensor 15 is connected to the second input of the first block 3 of multiplication, the first input of the sixth adder 18 and the second input of the fifth adder 13 connected to the output of the first inputs of the second 19 and third 20 of the multiplication block, the second input of each of which is connected to the output of the first 24 and second 25 functional converter, and their outputs - to the second input of the sixth adder 18 and the first input of the fourth multiplication unit 21, connected by the second input through the quadrator 17 with the output of the second speed sensor 14, and the output with the third input of the fourth adder 11. The fourth input of the latter is connected to the output of the fifth multiplication unit 22, connected by the first input to the output of the acceleration sensor 23, and the second input to the output of the sixth adder 18, the third input of which is connected to the output of the second signal setter 16, and the output of the second adder 2 is connected with the third input of the third adder 4.

Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные второй датчик 26 положения, седьмой сумматор 27, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, третий функциональный преобразователь 28 и шестой блок умножения 29, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора 13, а выход - к пятому входу четвертого сумматора 11, объект управления 30. In addition, the device comprises a second position sensor 26 connected in series, a seventh adder 27, the second input of which is connected to the output of the first position sensor, a third functional converter 28 and a sixth multiplication unit 29, the second input of which is connected to the output of the fifth adder 13, and the output to the fifth input of the fourth adder 11, the control object 30.

На чертеже приведены следующие обозначения:
αвх - сигнал желаемого положения;
q1, q2, q3= αн - соответствующие обобщенные координаты исполнительного органа робота;

Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- скорости изменения соответствующих обобщенных координат;
ε - ошибка привода (величина рассогласования);
m1, m2, m3, mг - соответственно массы первого, второго, третьего звеньев исполнительного органа и захваченного груза;
l2*, l3* - расстояния от осей вращения соответствующих звеньев до их центров масс;
l2, l3 - длины соответствующих звеньев;
Figure 00000005
- скорость вращения ротора двигателя;
U* и U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем 6.The drawing shows the following notation:
α I - signal of the desired position;
q 1 , q 2 , q 3 = α n - the corresponding generalized coordinates of the executive body of the robot;
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- the rate of change of the corresponding generalized coordinates;
ε is the drive error (mismatch value);
m 1 , m 2 , m 3 , m g - respectively, the mass of the first, second, third links of the executive body and the captured cargo;
l 2 *, l 3 * are the distances from the axis of rotation of the corresponding links to their centers of mass;
l 2 , l 3 - the length of the corresponding links;
Figure 00000005
- engine rotor speed;
U * and U are respectively amplified signal and engine control signal 6.

Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки ε 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 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.The device operates as follows. The error signal ε from the adder 1 after correction in blocks 2, 3, 4, amplifying, enters the electric motor 6, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration), depending on the value of the incoming signal U, the friction moments and external torque M century The electric drive when working with various loads, as well as due to the interaction of the degrees of mobility of the executive body, has variable torque characteristics that can vary widely. This reduces the quality indicators of the electric 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 the electric drive to continuous and rapid changes in its momentary load characteristics, which ensures the stability of a given quality of the control system.

Рассматриваемый привод управляет обобщенной координатой q3. Конструкция робота (см. фиг.2) является наиболее типовой для отечественных и зарубежных промышленных роботов. Эта конструкция позволяет осуществлять горизонтальное прямолинейное перемещение груза (координата q1) и два вращательных движения в вертикальной плоскости (координаты q2 и q3).The drive in question controls the generalized coordinate q 3 . The design of the robot (see figure 2) is the most typical for domestic and foreign industrial robots. This design allows horizontal rectilinear movement of the load (coordinate q 1 ) and two rotational movements in the vertical plane (coordinates q 2 and q 3 ).

Моментные характеристики привода, управляющего координатой q3, зависят от изменения координат q2, q3,

Figure 00000006
,
Figure 00000007
, mг. В связи с этим для качественного управления координатой q3 необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q2, q3,
Figure 00000008
и
Figure 00000009
,а также переменной массы грузаmг на динамические свойства рассматриваемого привода поворота (координата q3).The moment characteristics of the drive controlling the coordinate q 3 depend on a change in the coordinates q 2 , q 3 ,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
, m g In this regard, for quality control of the coordinate q 3 it is necessary to accurately compensate for the negative impact of changes in the coordinates q 2 , q 3 ,
Figure 00000008
and
Figure 00000009
, as well as a variable mass of the load m g on the dynamic properties of the rotation drive in question (coordinate q 3 ).

Для определения моментных воздействий на рассматриваемый привод (обобщенных моментов неконсервативных сил) воспользуемся уравнением Лагранжа 2-го рода. Кинетическая энергия Т всех движущихся масс исполнительного органа (фиг.2) представляется в виде
T =

Figure 00000010
+
Figure 00000011
+
+
Figure 00000012
(
Figure 00000013
+
Figure 00000014
)2 +
Figure 00000015

+ (m3l * 3 +mгl3)l2cos(q3)
Figure 00000016
(
Figure 00000017
+
Figure 00000018
) где J2, J3 - соответственно моменты инерции второго и третьего звеньев относительно их центров масс.To determine the moment effects on the drive in question (generalized moments of non-conservative forces), we use the second-order Lagrange equation. The kinetic energy T of all moving masses of the executive body (figure 2) is presented in the form
T =
Figure 00000010
+
Figure 00000011
+
+
Figure 00000012
(
Figure 00000013
+
Figure 00000014
) 2 +
Figure 00000015

+ (m 3 l * 3 + m g l 3 ) l 2 cos (q 3 )
Figure 00000016
(
Figure 00000017
+
Figure 00000018
) where J 2 , J 3 - respectively, the moments of inertia of the second and third links relative to their centers of mass.

Потенциальная энергия имеет вид
n=m2gl2*(1-cosq2) + m3g(l2(1 - cosq2) + + l3*(1-cos(q2+q3))) + mгg(l2(1 - cosq2) + + l3(1-cos(q2+q3))), где g - ускорение свободного падения.
Potential energy has the form
n = m 2 gl 2 * (1-cosq 2 ) + m 3 g (l 2 (1 - cosq 2 ) + + l 3 * (1-cos (q 2 + q 3 ))) + m g g (l 2 (1 - cosq 2 ) + + l 3 (1-cos (q 2 + q 3 ))), where g is the acceleration of gravity.

Учитывая, что

Figure 00000019
= (J3+m3l * 3 2+mгl 2 3 )(
Figure 00000020
+
Figure 00000021
)+
+l2(m3·l * 3 +mгl3)cos(q3)
Figure 00000022

Figure 00000023
= (J+m3l * 3 2+mгl 2 3 )
Figure 00000024
+
[J3+m3l * 3 2+mгl 2 3 +l2(m3l * 3 +mгl3)cosq3]
Figure 00000025
-
-l2(m3l * 3 +mгl3)sin(q3)
Figure 00000026
q3
Figure 00000027
= -l2(m3l * 3 +mгl3)sin(q3)(
Figure 00000028
+
Figure 00000029
)
Figure 00000030
= 0,
Figure 00000031
= (m3l * 3 +mгl3)sin(q2+q3)g
На основе уравнения 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
MВ=(J3+m3l * 3 2+mгl 2 3 )
Figure 00000032
+[J3+m3l * 3 2+mгl 2 3 +
+ l2(m3l * 3 +mгl3)cosq3]
Figure 00000033
+l2(m3l * 3 +mгl3)sin(q3)+
+
Figure 00000034
+g(m3l * 3 +mгl3)sin(q2+q3) (1)
С учетом соотношения /1/, а также уравнений электрической
U=iR+K
Figure 00000035
и механической
iKМ[J+(J3+m3l * 3 2+mгl 2 3 )/[i 2 р ]
Figure 00000036
+
+ K
Figure 00000037
+Mстр+[J3+m3l * 3 2+mгl 2 3 +l2(m3l * 3 +mгl3)cosq3]
Figure 00000038
/iр+
+ l2(m3l * 3 +mгl3)sin(q3)q 2 2 /ip+g(m3l * 3 +mгl3)sin(q2+q3)/iр Цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения, рассматриваемый привод, управляющий координатой q3, можно описать следующим дифференциальным уравнением
R[J+(J3+m3l * 3 2+mгl 2 3 )/i 2 р ]
Figure 00000039
+(KМKω+RKВ)
Figure 00000040
+
+RMстр+R[J3+m3l * 3 2+mгl 2 3 +l2(m3l * 3 +mгl3)·cosq3]
Figure 00000041
/iр+
+ Rl2(m3l * 3 +mгl3)sin(q3)
Figure 00000042
/iр+Rд(m3l * 3 +mгl3)sin(q2+q3)/iр= =KуKМU* (2) где R - активное сопротивление якорной цепи двигателя;
J - момент инерции якоря двигателя и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу двигателя;
Км - коэффициент крутящего момента;
Kω - коэффициент противо-ЭДС;
Кв - коэффициент вязкого трения;
iр - передаточное отношение редуктора;
Мстр - момент сухого трения;
Ку - коэффициент усиления усилителя 5;
i - ток якоря;
Figure 00000043
- ускорение вращения вала двигателя третьей степени подвижности.Given that
Figure 00000019
= (J 3 + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 ) (
Figure 00000020
+
Figure 00000021
) +
+ l 2 (m 3 * 3 + m g l 3 ) cos (q 3 )
Figure 00000022

Figure 00000023
= (J + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 )
Figure 00000024
+
[J 3 + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 + l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) cosq 3 ]
Figure 00000025
-
-l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 3 )
Figure 00000026
q 3
Figure 00000027
= -l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 3 ) (
Figure 00000028
+
Figure 00000029
)
Figure 00000030
= 0,
Figure 00000031
= (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 2 + q 3 ) g
Based on the Lagrange equation of the 2nd kind, it can be written that the momentary action on the output shaft of the drive controlling the coordinate q 3 when the robot moves (figure 2) with a load has the form
M B = (J 3 + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 )
Figure 00000032
+ [J 3 + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 +
+ l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) cosq 3 ]
Figure 00000033
+ l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 3 ) +
+
Figure 00000034
+ g (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 2 + q 3 ) (1)
Given the ratio / 1 /, as well as the equations of electric
U = iR + K
Figure 00000035
and mechanical
iK M [J + (J 3 + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 ) / [i 2 R ]
Figure 00000036
+
+ K
Figure 00000037
+ M p. + [J 3 + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 + l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) cosq 3 ]
Figure 00000038
/ i p +
+ l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 3 ) q 2 2 / i p + g (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 2 + q 3 ) / i p Circuits of a DC motor with permanent magnets or independent excitation, the drive in question, which controls the coordinate q 3 , can be described by the following differential equation
R [J + (J 3 + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 ) / i 2 R ]
Figure 00000039
+ (K M K ω + RK B )
Figure 00000040
+
+ RM p + R [J 3 + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 + l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) · cosq 3 ]
Figure 00000041
/ i p +
+ Rl 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 3 )
Figure 00000042
/ i p + R d (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 2 + q 3 ) / i p = = K y K M U * (2) where R is the active resistance of the motor anchor chain;
J is the moment of inertia of the motor armature and the rotating parts of the gearbox brought to the motor shaft;
K m - coefficient of torque;
K ω is the coefficient of counter-EMF;
K in - coefficient of viscous friction;
i p - gear ratio;
M p is the moment of dry friction;
To y - the gain of the amplifier 5;
i is the armature current;
Figure 00000043
- acceleration of rotation of the motor shaft of the third degree of mobility.

Из /2/ видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, и параметры привода, управляющего координатой q3, являются существенно переменными, зависящими от величины mг, q2, q3,

Figure 00000044
,
Figure 00000045
.From / 2 / it is seen that the parameters of this equation, and therefore the parameters of the drive controlling the coordinate q 3 , are essentially variable, depending on the value of m g , q 2 , q 3 ,
Figure 00000044
,
Figure 00000045
.

Полагается, что первый положительный вход сумматора 2 (со стороны сумматора 1) единичный, а его второй отрицательный вход имеет коэффициент усиления Kω/Kу. Первый, третий, четвертый положительные входы сумматора 11 (соответственно со стороны релейного элемента 10, блока 21 умножения и блока 22 умножения) единичные, второй его положительный вход (со стороны датчика 7 скорости) имеет коэффициент усиления (КмKω/R+Kв), а его пятый положительный вход (со стороны блока 29 умножения) - коэффициент усиления g/l2. Причем выходной сигнал релейного элемента 10 с нулевой нейтральной точкой имеет вид
Uвых.10=

Figure 00000046
при
Figure 00000047
, где
Figure 00000048
M
Figure 00000049
- величина момента сухого трения при движении.It is believed that the first positive input of adder 2 (from the adder 1 side) is single, and its second negative input has a gain K ω / K у . The first, third, fourth positive inputs of the adder 11 (respectively from the side of the relay element 10, the multiplying unit 21 and the multiplying unit 22) are single, its second positive input (from the side of the speed sensor 7) has a gain (K m K ω / R + K c ), and its fifth positive input (from the side of the multiplication block 29) is the gain g / l 2 . Moreover, the output signal of the relay element 10 with a zero neutral point has the form
U out. 10 =
Figure 00000046
at
Figure 00000047
where
Figure 00000048
M
Figure 00000049
- the magnitude of the dry friction moment in motion.

Первый положительный вход сумматора 4 (со стороны блока умножения 3) имеет коэффициент усиления l3 2/(Jнiр 2), второй положительный (со стороны сумматора 11) - коэффициент усиления R/(КмКу), а третий положительный (со стороны сумматора 2) - коэффициент усиления [J+(J3+ m3l3*2)/iр 2]/Jн, где Jн - номинальное (желаемое) значение приведенного момента инерции, обеспечивающее рассматриваемому приводу робота заданные динамические свойства и показатели качества.The first positive input of the adder 4 (from the side of the multiplication block 3) has a gain of l 3 2 / (J n i p 2 ), the second positive (from the side of the adder 11) has a gain of R / (K m K y ), and the third positive (from the side of the adder 2) is the gain [J + (J 3 + m 3 l 3 * 2 ) / i p 2 ] / J n , where J n is the nominal (desired) value of the reduced moment of inertia, providing the given robot drive with specified dynamic properties and quality indicators.

Второй положительный вход сумматора 13 (со стороны датчика 15) имеет коэффициент усиления l2l3/iр, а его первый положительный вход (со стороны задатчика 12) - единичный коэффициент усиления. Сигнал с выхода задатчика 12 сигнала равен m3l2l3*/iр, а с выхода задатчика 16 сигнала - (J3+m3l3*2)/iр. Второй (со стороны блока 19 умножения) и третий (со стороны задатчика 16 сигнала) положительные входы сумматора 18 имеют единичные коэффициенты усиления, а первый положительный вход (со стороны датчика 15) - коэффициент усиления l3 2/iр.The second positive input of the adder 13 (from the side of the sensor 15) has a gain l 2 l 3 / i p , and its first positive input (from the setpoint 12) has a unity gain. The signal from the output of the setter 12 of the signal is m 3 l 2 l 3 * / i p , and from the output of the setter 16 of the signal is (J 3 + m 3 l 3 * 2 ) / i p . The second (from the side of the multiplication block 19) and the third (from the side of the signal setter 16) the positive inputs of the adder 18 have unit gains, and the first positive input (from the side of the sensor 15) has a gain l 3 2 / i p .

Таким образом, на выходе сумматора 13 формируется сигнал l2(m3l3*+mгl3)/iр. Поскольку функциональный преобразователь 24 формирует
сигнал cosq3, то на выходе блока умножения 19 появляется сигнал l2(m3l3*+mгl3)cos(q)3/iр, а на выходе сумматора 18 - сигнал
[J3+m3l3*2+mгl3 2+l2(m3l3*+mгl3)cosq3]/iр.
Thus, at the output of the adder 13, a signal l 2 (m 3 l 3 * + m g l 3 ) / i p is formed . Since the functional Converter 24 generates
cosq 3 signal, then at the output of the multiplication block 19, the signal l 2 (m 3 l 3 * + m g l 3 ) cos (q) 3 / i r appears, and at the output of the adder 18, the signal
[J 3 + m 3 l 3 * 2 + m g l 3 2 + l 2 (m 3 l 3 * + m g l 3 ) cosq 3 ] / i p .

Датчик 23 ускорения измеряет ускорение вращения второй степени подвижности робота (координату

Figure 00000050
), поэтому на выходе блока 22 умножения формируется сигнал
[J3+m3l * 3 2+mгl 2 3 +l2(m3l * 3 +mгl3)cosq3]
Figure 00000051
/iр
Датчик 14 скорости измеряет скорость вращения во второй степени подвижности (координату
Figure 00000052
), а функциональный преобразователь 25 формирует сигнал sinq3. Поэтому на выходе блока 20 умножения появляется сигнал l2(m3l3* + mгl3)sinq3/iр а на выходе блока 21 умножения - сигнал
l2(m3l * 3 +mгl3)sin(q3)
Figure 00000053
/iр
Датчик 26 положения измеряет угол поворота во второй степени подвижности (координату q2), третий функциональный преобразователь 28 формирует сигнал sin(q2+q3).The acceleration sensor 23 measures the acceleration of rotation of the second degree of robot mobility (coordinate
Figure 00000050
), therefore, at the output of the multiplication block 22, a signal is generated
[J 3 + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 + l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) cosq 3 ]
Figure 00000051
/ i p
The speed sensor 14 measures the speed of rotation in the second degree of mobility (coordinate
Figure 00000052
), and the functional Converter 25 generates a signal sinq 3 . Therefore, the signal l 2 (m 3 l 3 * + m g l 3 ) sinq 3 / i p appears at the output of the multiplication block 20, and the signal at the output of the multiplication block 21
l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 3 )
Figure 00000053
/ i p
The position sensor 26 measures the angle of rotation in the second degree of mobility (coordinate q 2 ), the third functional converter 28 generates a signal sin (q 2 + q 3 ).

В результате на выходе блока 29 умножения формируется сигнал
l2(m3l3*+mгl3)sin(q2+q3)/iр.
As a result, a signal is generated at the output of the multiplication unit 29
l 2 (m 3 l 3 * + m g l 3 ) sin (q 2 + q 3 ) / i p

С учетом отмеченных выше коэффициентом усиления соответствующих входов сумматора 11 на его выходе формируется сигнал
(KМKω/R+KВ)

Figure 00000054
+
Figure 00000055
M
Figure 00000056
sign
Figure 00000057
+l2(m3l * 3 +mгl3)sin(q3)
Figure 00000058
/iр+ + g(m3l * 3 +mгl3)sin(q2+q3)/iр+[J3+m3l * 3 2+mгl 2 3 +l2(m3l * 3 +mгl3)cosq3] ×
Figure 00000059
/iр
На выходе сумматора 2 формируется сигнал ε -
Figure 00000060
Figure 00000061
, а на выходе блока 3 умножения - сигнал m
Figure 00000062
-
Figure 00000063
Figure 00000064
.Taking into account the gain of the corresponding inputs of the adder 11 noted above, a signal is generated at its output
(K M K ω / R + K B )
Figure 00000054
+
Figure 00000055
M
Figure 00000056
sign
Figure 00000057
+ l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 3 )
Figure 00000058
/ i p + + g (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 2 + q 3 ) / i p + [J 3 + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 + l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) cosq 3 ] ×
Figure 00000059
/ i p
At the output of adder 2, a signal ε -
Figure 00000060
Figure 00000061
, and at the output of multiplication block 3, the signal m
Figure 00000062
-
Figure 00000063
Figure 00000064
.

Таким образом, с учетом указанных коэффициентов усиления соответствующих входов сумматора 4 на его выходе окончательно будет сформирован сигнал U* вида
U* =

Figure 00000065
-
Figure 00000066
Figure 00000067
+
+
Figure 00000068
[(KМKω/R+KВ)
Figure 00000069
+
Figure 00000070
M
Figure 00000071
sign
Figure 00000072
+
+l2(m3l * 3 +mгl3)sin(g3)
Figure 00000073
/iр+
+[J3+m3l * 3 2+mгl 2 3 +l2(m3l * 3 +mгl3)cosq3]
Figure 00000074
/iр+
+q(m3l * 3 +mгl3)sin(q2+q3)/iр] (3)
Несложно показать, что поскольку
Figure 00000075
M
Figure 00000076
sign
Figure 00000077
при движении привода достаточно точно соответствует Мстр, то, подставив полученное значение U* (3) в соотношение (2), получим уравнение
RJ
Figure 00000078
+KМK
Figure 00000079
= KуKМε, которое имеет постоянные желаемые параметры, т.е. сам привод, управляющий координатой q3, будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями.Thus, taking into account the indicated gains of the corresponding inputs of the adder 4, a signal U * of the form will be finally generated at its output
U * =
Figure 00000065
-
Figure 00000066
Figure 00000067
+
+
Figure 00000068
[(K M K ω / R + K B )
Figure 00000069
+
Figure 00000070
M
Figure 00000071
sign
Figure 00000072
+
+ l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (g 3 )
Figure 00000073
/ i p +
+ [J 3 + m 3 l * 3 2 + m g l 2 3 + l 2 (m 3 l * 3 + m g l 3 ) cosq 3 ]
Figure 00000074
/ i p +
+ q (m 3 l * 3 + m g l 3 ) sin (q 2 + q 3 ) / i p ] (3)
It is easy to show that since
Figure 00000075
M
Figure 00000076
sign
Figure 00000077
when the drive moves quite accurately corresponds to M p , then, substituting the obtained value U * (3) in relation (2), we obtain the equation
Rj
Figure 00000078
+ K M K
Figure 00000079
= K at K M ε, which has constant desired parameters, i.e. the drive itself, controlling the coordinate q 3 , will have constant desired dynamic properties and quality indicators.

Таким образом, за счет дополнительного введения второго датчика 26 положения и третьего 28 функционального преобразователя, шестого блока 29 умножения и седьмого сумматора 27 удалось обеспечить полную инвариантность привода к эффектам взаимовлияния между степенями подвижности и моментам трения. Это позволяет получить стабильно высокое качество управления в любых режимах работы привода. Thus, due to the additional introduction of the second position sensor 26 and the third functional converter 28, the sixth multiplication unit 29 and the seventh adder 27, it was possible to ensure complete invariance of the drive to the effects of mutual influence between the degrees of mobility and the friction moments. This allows you to get a consistently high quality control in all operating modes of the drive.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ РОБОТА, содержащее 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 и с второго по пятый блоки умножения, датчик ускорения, а также первый и второй 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 функционального преобразователя, 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 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, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные второй датчик положения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, третий функциональный преобразователь и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, а выход - к пятому входу четвертого сумматора. DEVICE FOR DRIVE DRIVE CONTROL, containing first and second adders in series, first multiplication unit, third adder, amplifier and motor connected to the first speed sensor directly and via a gearbox with the first position sensor, the output of which is connected to the first input of the first adder connected by the second the input with the input of the device, the relay element and the fourth adder connected in series, the second input of which is connected to the input of the relay element, the second input of the second adder and the output of the first speed sensor, the output is to the second input of the third adder, the first signal pickup and the fifth adder are connected in series, as well as the second speed sensor, the mass sensor, the second signal pickup, the quadrator, the sixth adder and the second to fifth multiplication units, acceleration sensor , as well as the first and second functional converters, the input of each of which is connected to the output of the first position sensor, the output of the mass sensor is connected to the second input of the first multiplication unit, the first input of the sixth adder and the second input one of the fifth adder connected by the output to the first inputs of the second and third multiplication units, the second input of each of which is connected respectively to the outputs of the first and second functional converter, and their outputs are respectively to the second input of the sixth adder and the first input of the fourth multiplication unit connected by the second input through a quadrator with the output of the second speed sensor, and the output with the third input of the fourth adder, the fourth input of which is connected to the output of the fifth multiplication unit, connected by the first to one with the output of the acceleration sensor, and the second input with the output of the sixth adder, the third input of which is connected to the output of the second signal generator, and the output of the second adder is connected to the third input of the third adder, characterized in that it is additionally introduced in series with the second position sensor, the seventh adder, the second input of which is connected to the output of the first position sensor, the third functional converter and the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fifth adder, and the output to yatomu input of the fourth adder.
SU5064602 1992-09-23 1992-09-23 Device for controlling the robot drive RU2028930C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5064602 RU2028930C1 (en) 1992-09-23 1992-09-23 Device for controlling the robot drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5064602 RU2028930C1 (en) 1992-09-23 1992-09-23 Device for controlling the robot drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2028930C1 true RU2028930C1 (en) 1995-02-20

Family

ID=21614417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5064602 RU2028930C1 (en) 1992-09-23 1992-09-23 Device for controlling the robot drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2028930C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1782721, кл. B 25J 13/00, 1992. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2394674C2 (en) Self-adaptive electric drive of robot
RU2423224C2 (en) Robot electric drive
RU2028931C1 (en) Device for controlling the robot drive
RU2028930C1 (en) Device for controlling the robot drive
RU2359306C2 (en) Self-adapting electric drive of robot
RU2054350C1 (en) Device for controlling robot drive
RU2041054C1 (en) Robot drive control device
RU2066626C1 (en) Robot drive control device
RU2380215C1 (en) Self-tuning electric drive of robot
RU2063867C1 (en) Self-tuning electric motor drive of robot
RU2163190C1 (en) Device for control of robot drive
RU2363972C2 (en) Robot self-adaptive electric drive
RU2212329C1 (en) Device for control of robot drive
RU2079867C1 (en) Device for control of robot drive
RU2443543C1 (en) Manipulator electric drive
RU2424894C1 (en) Robot electric drive
RU2228834C1 (en) Apparatus for controlling robot drive
RU2148492C1 (en) Apparatus for controlling robot drive mechanism
RU2189306C2 (en) Apparatus for controlling drive mechanism of robot
RU2345885C1 (en) Robot drive control device
RU2115539C1 (en) Robot drive control device
RU2235014C1 (en) Robot drive control apparatus
RU2228257C1 (en) Apparatus for controlling drive unit of robot
RU2057002C1 (en) Device for controlling robot drive
RU2335389C2 (en) Robot drive control device