RU2037173C1 - Self-tuning drive system of robot - Google Patents

Abstract

FIELD: automatics. SUBSTANCE: the invention allows to enhance an accuracy and stability of a drive system upon high rate of changing of load parameters at operation of a robot. These changes are caused by substantial mutual influence between freedom degrees of multilink mechanism, operating at high speed values and viscous friction. In order to provide necessary correcting signals, the drive system includes in addition a speed pickup and a squarer. When the correction had been carried out, the drive system becomes invariant relative to change of load parameters and also to moments of dry and viscous friction. EFFECT: stabilized dynamic properties and quality factors of the drive system. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании 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 блок умножения, последовательно соединенные усилитель, электродвигатель, датчик тока, первый сумматор, второй выход электродвигателя соединен с исполнительным механизмом, датчиком положения и датчиком скорости, выходы датчиков положения и скорости соединены соответственно с вторыми входами второго сумматора и блока деления, второй вход первого сумматора соединен с выходом измерителя внешнего момента. Кроме того, оно содержит третий сумматор, интегратор, апериодическое звено и инерционное дифференцирующее звено, причем выход второго сумматора соединен с входом апериодического звена и инерционного дифференцирующего звена, выход которого соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока деления, первый вход которого соединен с выходом интегратора, вход которого соединен с выходом первого сумматора, выход блока умножения соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом апериодического звена, а выход с входом усилителя [1]
Недостатком этого устройства является неучет моментов скоростных сил, возникающих при движении манипулятора, что приводит к снижению его точности. Здесь осуществляется лишь компенсация переменного момента инерции.A device for controlling a robot drive is known, comprising a multiplication unit, an amplifier, an electric motor, a current sensor, a first adder connected in series, a second motor output connected to an actuator, a position sensor and a speed sensor, the outputs of the position and speed sensors are connected respectively to the second inputs of the second adder and block division, the second input of the first adder is connected to the output of the external moment meter. In addition, it contains a third adder, an integrator, an aperiodic link and an inertial differentiating link, the output of the second adder being connected to the input of the aperiodic link and the inertial differentiating link, the output of which is connected to the first input of the multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the division unit, the first the input of which is connected to the output of the integrator, the input of which is connected to the output of the first adder, the output of the multiplication unit is connected to the first input of the third adder, the second input of which is connected to the output of the aperiodic link, and the output with the input of the amplifier [1]
The disadvantage of this device is the neglect of the moments of speed forces arising from the movement of the manipulator, which leads to a decrease in its accuracy. Here, only the variable moment of inertia is compensated.

Известно также 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 первым 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 напряжения, 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 с 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 [2]
Недостатком этого устройства является малая точность при больших скоростях движения манипулятора, когда параметры привода нельзя считать квазистационными.A device for controlling a robot drive is also known, comprising a first adder, the output of which is connected via 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 differential 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 a computing unit, the first identifying input of which is connected to the output of the first reference voltage source, and the moment and acceleration inputs of this block are connected respectively to the outputs an engine current sensor and an 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 with the input of the dividend third block is divided 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 with the third output of the computing unit and through the second amplifier with the first output of this unit, the input of the divider of the second division unit is connected to the high-speed input of the 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 the momentary input to computational unit connected respectively to the second input of the third multiplication unit and the third input of the third adder [2]
The disadvantage of this device is the low accuracy at high speeds of the manipulator, when the drive parameters cannot be considered quasistation.

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 входу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, четвертый сумматор, первый квадратор и второй блок умножения, второй вход 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 и второму входу третьего сумматора, а выход второго датчика скорости соединен с вторым входом четвертого блока умножения. Кроме того оно содержит пятый блок умножения, седьмой сумматор 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 [3]
Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению.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 an engine connected in series with the first speed sensor directly and via a gearbox with a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the second adder connected to the second input to the input of the device, a second position sensor, a third adder, a fourth adder, a first quadrator and a second multiplication unit, a second input One of which is connected to the output of the mass sensor and the first input of the third multiplication unit, and the output is to the first input of the fifth adder connected by the second input to the output of the first signal generator, and by 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 input of the sixth an adder connected by an output to the first input of the fourth multiplication unit, and a second input with an output of a third multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fourth adder connected by a second input to the output second setpoint signal, the output of the third setpoint signal is connected and a second input of the third adder, and a second velocity sensor output is connected to a second input of the fourth multiplier. In addition, it contains a fifth multiplication unit, a seventh adder 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 amplifier input, 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 with the first input of the first multiplication unit connected by the second input to the output of the fifth adder, the first input Multiplication of the block connected to the output of the fourth multiplier, the second input with the output of the first speed sensor, and output to the third input of the eighth adder [3]
This device in its technical essence is the closest to the proposed invention.

Недостатком данного устройства является то, что предназначено оно только для поворотного привода первой степени подвижности робота. Для привода выдвижения горизонтального звена (третья степень подвижности) это устройство не будет обеспечивать требуемую точность и устойчивость работы. The disadvantage of this device is that it is intended only for a rotary drive of the first degree of mobility of the robot. To drive the extension of the horizontal link (the third degree of mobility), this device will not provide the required accuracy and stability.

В результате возникает задача построения такой самонастраивающейся коррекции, которая обеспечила бы высокую точность и устойчивость работы привода выдвижения горизонтального звена робота. As a result, the task arises of constructing such a self-adjusting correction, which would ensure high accuracy and stability of the operation of the extension drive of the horizontal link of the robot.

Целью изобретения является устранение указанного выше недостатка, то есть обеспечение высокой точности и устойчивости привода третьей степени подвижности робота. The aim of the invention is to eliminate the above drawback, that is, ensuring high accuracy and stability of the drive of the third degree of mobility of the robot.

Поставленная цель достигается тем, что в электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на горизонтальном звене робота, и движок датчика положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтального звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму отрицательному входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, пятый сумматор, к второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, шестой сумматор и третий блок умножения, а также датчик массы, причем выход датчика положения соединен с первым отрицательным входом седьмого сумматора, подключенного вторым положительным входом к входу устройства, а выходом к первому положительному входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, дополнительно вводятся последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, выходом подключенного к третьему отрицательному входу третьего сумматора, выход датчика массы соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выход датчика положения соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу шестого сумматора, а выход первого сумматора соединен с третьим входом второго сумматора. This goal is achieved by the fact that in the electric drive of the robot, containing a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an engine connected in series with the first speed sensor directly and through a gearbox with a gear driving the rack fixed motionless on the horizontal link of the robot , and the slider of a position sensor mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, connected in series the relay unit and the third adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the second negative input of the first adder, the first signal master, the fourth adder, the fifth adder connected to the second input of the second signal master, the second multiplication unit , the sixth adder and the third multiplication unit, as well as the mass sensor, and the output of the position sensor is connected to the first negative input of the seventh adder connected to the second positive input to the device’s progress, and the output to the first positive input of the first adder, the output of the third adder is connected to the second input of the second adder, additionally connected is a second speed sensor and a quadrator, the output of which is connected to the second input of the third multiplication unit, the output connected to the third negative input of the third adder , the output of the mass sensor is connected to the second inputs of the first and second multiplication units, the output of the position sensor is connected to the second input of the fourth adder, the output of which th is connected to the second input of the sixth adder and the output of the first adder connected to a third input of the second adder.

В настоящий момент автору неизвестны действующие или описанные в литературе адаптивные электроприводы роботов, которые обеспечивали бы высокую точность и устойчивость привода роботов в условиях существенного изменения параметров нагрузки. В связи с этим предлагаемый в заявке самонастраивающийся электропривод робота удовлетворяет требованиям "Существенные отличия" и "Новизна" по сравнению с известными устройствами. At present, the author is not aware of the adaptive robotic electric drives operating or described in the literature, which would ensure high accuracy and stability of the robot drive under conditions of a significant change in the load parameters. In this regard, the self-tuning robot electric drive proposed in the application meets the requirements of “Significant differences” and “Novelty” in comparison with known devices.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого самонастраивающегося электропривода робота. In FIG. 1 shows a diagram of a proposed self-tuning electric robot drive.

Самонастраивающийся электропривод содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, усилитель 4 и двигатель 5, связанный с первым датчиком 6 скорости непосредственно и через редуктор 7 с шестерней 8, приводящей в движение рейку (на фиг. не показана), закрепленную неподвижно на горизонтальном звене робота (фиг.2), и движок датчика 9 положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтального звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок 10 и третий сумматор 11, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, входу релейного блока 10 и второму отрицательному входу первого сумматора 1, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала, четвертый сумматор 13, пятый сумматор 14, к второму входу которого подключен второй задатчик 15 сигнала, второй блок 16 умножения, шестой сумматор 17 и третий блок 18 умножения, а также датчик 19 массы, причем выход датчика 9 положения соединен с первым отрицательным входом седьмого сумматора 20, подключенного вторым положительным входом к входу устройства, а выходом к первому положительному входу первого сумматора 1, выход третьего сумматора 11 соединен с вторым входом второго сумматора 3. Кроме того он содержит последовательно соединенные второй датчик 21 скорости и квадратор 22, выход которого соединен с вторым входом третьего блока 18 умножения, выходом подключенного к третьему отрицательному входу третьего сумматора 11, выход датчика 19 массы соединен с вторыми входами первого 2 и второго 16 блоков умножения, выход датчика 9 положения соединен со вторым входом четвертого 13 сумматора, выход которого подключен к второму входу шестого сумматора 17, а выход первого сумматора 2 соединен с третьим входом второго сумматора 3. The self-adjusting electric drive contains serially connected the first adder 1, the first adder 2, the second adder 3, the amplifier 4 and the motor 5 connected to the first speed sensor 6 directly and through a gear 7 with a gear 8 driving the rail (not shown in Fig.) fixed motionless on the horizontal link of the robot (Fig. 2), and the slider of the position sensor 9 mounted on the vertical link and measuring the position of the characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, sequentially connected the relay unit 10 and the third adder 11, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor 6, the input of the relay unit 10 and the second negative input of the first adder 1, the first signal adjuster 12, the fourth adder 13, the fifth adder 14, connected in series to the second input which is connected to a second signal adjuster 15, a second multiplication unit 16, a sixth adder 17 and a third multiplication unit 18, as well as a mass sensor 19, the output of the position sensor 9 being connected to the first negative input of the seventh adder 20 connected to w by the positive input to the input of the device, and the output to the first positive input of the first adder 1, the output of the third adder 11 is connected to the second input of the second adder 3. In addition, it contains a second speed sensor 21 and a square 22 connected in series with the second input of the third multiplication unit 18, the output connected to the third negative input of the third adder 11, the output of the mass sensor 19 is connected to the second inputs of the first 2 and second 16 multiplication units, the output of the position sensor 9 is connected to w the fourth input of the fourth 13 adder, the output of which is connected to the second input of the sixth adder 17, and the output of the first adder 2 is connected to the third input of the second adder 3.

На фиг. 2 представлена кинематическая схема исполнительного органа робота. In FIG. 2 is a kinematic diagram of a robot actuator.

На фиг. введены следующие обозначения:
α_вх сигнал желаемого положения;
q₁, q₂, q₃ соответствующие обобщенные координаты исполнительного органа робота;

,

,

скорости изменения соответствующих обобщенных координат;
ε ошибка привода (величина рассогласования);
m₂, m₃, m_r соответственно массы второго, третьего звеньев исполнительного органа и захваченного груза;
l₃ ^* const расстояние от оси вращения горизонтального звена до его центра масс при q₃ 0;
l₃ cosnt расстояние от центра масс горизонтального звена до средней точки схвата;

скорость вращения ротора двигателя;
U^*, U соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем 5.In FIG. the following notation is introduced:
α _in signal of the desired position;
q ₁ , q ₂ , q ₃ corresponding generalized coordinates of the executive body of the robot;

,

,

rate of change of the corresponding generalized coordinates;
ε drive error (mismatch value);
m ₂ , m ₃ , m _r respectively the mass of the second, third links of the executive body and the captured cargo;
l ₃ ^* const the distance from the axis of rotation of the horizontal link to its center of mass at q ₃ 0;
l ₃ cosnt distance from the center of mass of the horizontal link to the midpoint of the tong;

rotor speed of the engine;
U ^* , U respectively, the amplified signal and the engine control signal 5.

Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки ε сумматора 20 после коррекции, в блоках 1, 2, 3, усиливаясь, поступает на электродвигатель 5, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U, моментов трения и внешнего моментного воздействия М_в. Электропривод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния степеней подвижности исполнительного органа, обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает качественные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы. В результате возникает задача, связанная с обеспечением инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, что позволяет обеспечить стабильность заданного качества системы управления.The device operates as follows. The error signal ε of the adder 20 after correction, in blocks 1, 2, 3, amplifies, enters the electric motor 5, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration), depending on the magnitude 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 mutual influence of the degrees of mobility of the executive body, has variable torque characteristics, which 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 (фиг.2) является наиболее типовой для отечественных и зарубежных промышленных роботов.The drive in question controls the generalized coordinate q ₃ . The design of the robot (figure 2) is the most typical for domestic and foreign industrial robots.

Эта конструкция позволяет осуществлять вертикальное прямолинейное перемещение груза (координата q₂), вращение в горизонтальной плоскости (координата q₁) и горизонтальное прямолинейное перемещение (координата q₃).This design allows vertical rectilinear movement of the load (coordinate q ₂ ), rotation in the horizontal plane (coordinate q ₁ ) and horizontal rectilinear movement (coordinate q ₃ ).

Моментные характеристики привода, управляющего координатой q₃, существенно зависят от изменения координат а₃,

и m_г. В связи с этим для качественного управления координатой q₃ необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q₃,

, а также переменной массы груза m_г на динамические свойства рассматриваемого привода (координата q₃).The moment characteristics of the drive controlling the coordinate q ₃ substantially depend on the change in coordinates a ₃ ,

and 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 ₃ ,

, as well as a variable mass of cargo m _g on the dynamic properties of the drive in question (coordinate q ₃ ).

Предположим, что горизонтальное звено перемещается с помощью электропривода посредством передачи шестерня-рейка. Причем рейка установлена вдоль горизонтального звена, а шестерня 8 на выходном валу редуктора 7 электропривода и имеет радиус r. Assume that the horizontal link is moved by an electric drive by means of a gear-rack transmission. Moreover, the rack is installed along the horizontal link, and the gear 8 on the output shaft of the gearbox 7 of the electric drive and has a radius r.

Несложно показать, что в процессе движения робота на его горизонтальное звено со стороны привода действует сила
F (m_г+m₃)

-[m₃(l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ +q₃)+m_г(l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ +l₃+q₃)]

Сила F в процессе движения робота создает на выходном валу редуктора 7 момент, равный
M_В F ˙r (1)
С учетом соотношения (1), а также уравнения электрической
U iR+K

и механической

K

+q₃)+ цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения, рассматриваемый привод, управляющий координатой q₃, можно описать следующим дифференциальным уравнением

где R активное сопротивление якорной цепи двигателя; I момент инерции якоря двигателя и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу двигателя; К_м коэффициент крутящего момента; К_w коэффициент противоЭДС; К_в коэффициент вязкого трения; i_р передаточное отношение редуктора; М_стр момент сухого трения; К_у коэффициент усиления усилителя 4; i ток якоря двигателя 5;

ускорение вращения вала двигателя третьей степени подвижности.It is easy to show that during the movement of the robot, a force acts on its horizontal link on the drive side
F (m _g + m ₃ )

- [m ₃ (l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ + q ₃ ) + m _g (l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ + l ₃ + q ₃ )]

The force F during the movement of the robot creates a moment on the output shaft of the gearbox 7 equal to
M _B F ˙r (1)
Taking into account relation (1), as well as the equation of electric
U iR + K

and mechanical

K

+ q ₃ ) + 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

where R is the active resistance of the engine armature circuit; I the moment of inertia of the motor armature and the rotating parts of the gearbox, reduced to the motor shaft; K _m torque coefficient; To _{w the} coefficient of counter-emf; K _in coefficient of viscous friction; i _p gear ratio; M _{p the} moment of dry friction; To _y the gain of the amplifier 4; i motor armature current 5;

acceleration of rotation of the motor shaft of the third degree of mobility.

Из [2] видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, параметры и динамические свойства привода, управляющего координатой q₃, являются существенно переменными, зависящими от

, q₃ и m_r. В результате для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое стабилизировало бы параметры привода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.It can be seen from [2] that the parameters of this equation, and therefore, the parameters and dynamic properties of the drive controlling the coordinate q ₃ , are essentially variable, depending on

, q ₃ and m _r . As a result, for the implementation of the above task, it is necessary to form such a corrective device that would stabilize the drive parameters so that it is described by a differential equation with constant desired parameters.

Предположим, что первый положительный вход сумматора 1 единичный, а его второй отрицательный вход имеет коэффициент усиления K_w/K_у.Suppose that the first positive input of adder 1 is single and its second negative input has a gain K _w / K _y .

Следовательно, на выходе сумматора 1 формируется сигнал
ε

Первый и второй положительные входы сумматоров 13 и 14 имеют единичные коэффициенты усиления. На выходах первого 12 и второго 15 задатчиков сигнала соответственно формируются сигналы l₃ ^* const и l₃ const. В результате на выходе сумматора 13 формируется сигнал l₃ ^* + q₃, а на выходе сумматора 14 сигнал l₃ ^* + l₃ + q₃, так как датчик 9 измеряет положение точки горизонтального звена, отстоящей от центра масс этого звена на расстояние l₃ ^*.Therefore, at the output of the adder 1, a signal is generated
ε

The first and second positive inputs of the adders 13 and 14 have unity gain. At the outputs of the first 12 and second 15 signal conditioners, signals l ₃ ^* const and l ₃ const are formed respectively. As a result, the signal l ₃ ^* + q ₃ is generated at the output of the adder 13, and the signal l ₃ ^* + l ₃ + q _{3 is} generated at the output of the adder 14, since the sensor 9 measures the position of the point of the horizontal link spaced l from the center of mass of this link ₃ ^* .

Первый положительный вход сумматора 17 имеет коэффициент усиления r/i_p, а его второй положительный вход коэффициент усиления rm₃/i_p. В результате на выходе сумматора 17 формируется сигнал
r[m₃(l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ +q₃)+m_г(l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ +q₃+l₃)]/i_p, а на выходе блока умножения 18 сигнал
r[m₃(l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ +q₃)+m_г(l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ +q₃+l₃)]

/i_p, так как датчик 21 установлен в первой степени подвижности робота (фиг.2) и измеряет координату

.The first positive input of the adder 17 has a gain of r / i _p , and its second positive input has a gain of rm ₃ / i _p . As a result, a signal is generated at the output of the adder 17
r [m ₃ (l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ + q ₃ ) + m _g (l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ + q ₃ + l ₃ )] / i _p , and at the output of the multiplication block 18, the signal
r [m ₃ (l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ + q ₃ ) + m _g (l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ + q ₃ + l ₃ )]

/ i _p , since the sensor 21 is installed in the first degree of mobility of the robot (figure 2) and measures the coordinate

.

Первый положительный и третий отрицательный входы третьего сумматора 11 имеют единичные коэффициенты усиления, а второй положительный вход коэффициент усиления

+ К_В. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал

+ K

+M_тsign

-r[m₃(l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ +q₃)+m_г(l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ +q₃+l₃)]

/i_p
Выходной сигнал релейного элемента 10 с нулевой нейтральной точкой имеет вид
U_{вых 10}=

-

при

гдеМ_т| величина момента сухого трения при движении.The first positive and third negative inputs of the third adder 11 have unity gain, and the second positive input gain

K + _B. As a result, a signal is generated at the output of this adder

+ K

+ M _t sign

-r [m ₃ (l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ + q ₃ ) + m _g (l $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{*}}{\text{3}}$ + q ₃ + l ₃ )]

/ i _p
The output signal of the relay element 10 with a neutral zero point has the form
U _{out 10} =

-

at

where M _t | the magnitude of the dry friction moment in motion.

Первый положительный вход сумматора 3 имеет коэффициент усиления r²/(i_p ²I_н), его второй положительный вход коэффициент усиления

, а третий положительный вход коэффициент усиления (I + m₃r²/i_p ²)/I_н.The first positive input of adder 3 has a gain of r ² / (i _p ² I _n ), its second positive input has a gain

, and the third positive input is the gain (I + m ₃ r ² / i _p ² ) / I _n .

В результате на выходе сумматора 3 формируется сигнал

Несложно показать, что поскольку М_тsing αDot₃ при движении привода достаточно точно соответствует М_стр, то, подставив полученное значение U* в соотношение (2), получим уравнение
RI

+K_мK

= K_мK_yε, которое имеет постоянный желаемые параметры. То есть предложенный самонастраивающийся привод, управляющий координатой q₃ будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями.As a result, a signal is generated at the output of adder 3

It is easy to show that since M _t sing αDot _3, when the drive moves, corresponds quite accurately to M _p , then, substituting the obtained value U * in relation (2), we obtain the equation
Ri

+ K _m K

= K _m K _y ε, which has constant desired parameters. That is, the proposed self-adjusting drive controlling the coordinate q ₃ will have constant desired dynamic properties and quality indicators.

Таким образом, за счет дополнительного введения датчика 21 скорости, квадратора 22 и новых связей удалось обеспечить полную инвариантность рассматриваемого привода к эффектам взаимовлияния между степенями подвижности и моментам трения. Это позволяет получить стабильно высокое качество управления в любых режимах работы, рассматриваемого привода. Thus, due to the additional introduction of the speed sensor 21, the quadrator 22, and new connections, it was possible to ensure complete invariance of the drive in question 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 in question.

Claims (1)

САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОПРИВОД РОБОТА, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на горизонтальном звене робота, и движок датчика положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтального звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму отрицательному входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, пятый сумматор, к второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, шестой сумматор и третий блок умножения, а также датчик массы, причем выход датчика положения соединен с первым отрицательным входом седьмого сумматора, подключенного вторым положительным входом к входу электропривода, а выходом к первому положительному входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, выходом подключенного к третьему отрицательному входу третьего сумматора, выход датчика массы соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выход датчика положения соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу шестого сумматора, а выход первого сумматора соединен с третьим входом второго сумматора. A SELF-ADJUSTABLE ROBOT ELECTRIC ACTUATOR, comprising a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an engine connected to the first speed sensor directly and through a gearbox with a gear driving a rail fixed to the horizontal link of the robot, and a position sensor engine, mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, the relay block and tertially connected the first adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the second negative input of the first adder, the first signal pickup, the fourth adder, the fifth adder, the second input of which the second signal pickup, the second multiplication unit, and the sixth adder are connected in series and a third multiplication unit, as well as a mass sensor, and the output of the position sensor is connected to the first negative input of the seventh adder connected to the input of the drive by a second positive input and with an output to the first positive input of the first adder, the output of the third adder is connected to the second input of the second adder, characterized in that it additionally includes a second speed sensor and a quadrator connected in series, the output of which is connected to the second input of the third multiplication unit, the output connected to the third negative input of the third adder, the output of the mass sensor is connected to the second inputs of the first and second blocks of multiplication, the output of the position sensor is connected to the second input of the fourth adder the output of which is connected to the second input of the sixth adder, and the output of the first adder is connected to the third input of the second adder.