RU2380215C1 - Self-tuning electric drive of robot - Google Patents

Self-tuning electric drive of robot Download PDF

Info

Publication number
RU2380215C1
RU2380215C1 RU2008131131/02A RU2008131131A RU2380215C1 RU 2380215 C1 RU2380215 C1 RU 2380215C1 RU 2008131131/02 A RU2008131131/02 A RU 2008131131/02A RU 2008131131 A RU2008131131 A RU 2008131131A RU 2380215 C1 RU2380215 C1 RU 2380215C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
adder
output
multiplication unit
electric drive
Prior art date
Application number
RU2008131131/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Федорович Филаретов (RU)
Владимир Федорович Филаретов
Original Assignee
Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН) filed Critical Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН)
Priority to RU2008131131/02A priority Critical patent/RU2380215C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2380215C1 publication Critical patent/RU2380215C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention is related to robotics and may be used to develop systems of robot drives control. Electric drive comprises summator, amplifier and electric motor, which is connected to the first position sensor. Outlet of the first position sensor is connected to the first inlet of the second summator. Electric drive is additionally equipped with sine functional converter, eighth multiplication unit, second acceleration sensor, ninth summator and according connections, which provide for complete invariance of robot electric drive in question to continuous and fast variations of its dynamic loading characteristics.
EFFECT: stable high quality of control in any modes of operation of electric drive in question.
3 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.

Известен 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 первого 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 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 входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к входу электропривода, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, 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 (см. патент РФ №2037173, БИ №16, 1995 г.).A self-adjusting robot electric drive is known, 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 reducer, with a gear driving a rail fixed stationary on the horizontal link of the robot, and the engine of the first 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 a line unit and a 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 input of the first adder, the first signal master, the fourth adder, the fifth adder, the second input of which is connected to the second signal master, the second multiplication unit, the sixth adder and the third multiplication unit, as well as the mass sensor, the output of the position sensor connected to the first input of the seventh adder connected to the input of the second input of the drive, and the output to the first input at the first adder, the output of the third adder is connected to the second input of the second adder, the second speed sensor and a quadrator are 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 of the second multiplication blocks, 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 nen to a third input of the second adder (cm. RF patent No. 2037173, BI No. 16, 1995).

Недостатком этого устройства является то, что оно эффективно только для исполнительного органа робота, имеющего три степени подвижности (выдвижение руки, поворот вертикальной стойки и вертикальное перемещение руки). Однако при этих трех степенях подвижности у робота мала рабочая зона (зона обслуживания).The disadvantage of this device is that it is effective only for the executive body of the robot, which has three degrees of mobility (extension of the arm, rotation of the upright and vertical movement of the arm). However, with these three degrees of mobility, the robot has a small working area (service area).

Известно также устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый блок умножения, первый сумматор, усилитель и электродвигатель, 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, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, третий вход через второй квадратор - к выходу третьего сумматора, а выход - ко второму входу первого блока умножения, выход второго задатчика сигнала соединен со вторым входом четвертого сумматора, а выход третьего задатчика сигнала - со вторым входом третьего сумматора, последовательно соединенные третий блок умножения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам датчика массы и четвертого сумматора, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, пятый блок умножения и седьмой сумматор, второй вход которого через релейный блок подключен к выходу первого датчика скорости, второму входу пятого блока умножения, первому входу восьмого сумматора и к своему третьему входу, последовательно соединенные функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу первого датчика положения, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика ускорения, седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к четвертому входу седьмого сумматора, подключенного выходом ко второму входу первого сумматора, причем второй вход восьмого сумматора, соединен с выходом второго сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения (см. патент РФ №2189306, БИ №26, 2002 г.).A device for controlling a robot drive is also known, comprising a first multiplication unit, a first adder, an amplifier and an electric motor connected directly to the first speed sensor and via 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 input to the input of the device, the second position sensor, the third adder, the fourth adder, the first quadrator, the second multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the fifth adder, the second input of which is connected to the output of the first signal generator, the third input through the second quadrator - to the output of the third adder, and the output - to the second input of the first multiplication unit, the output of the second signal generator is connected to the second input of the fourth adder, and the output of the third signal setter - with the second input of the third adder, connected in series with the third multiplication unit, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the mass sensor and the fourth adder, the sixth with a matator, the second input of which is connected to the output of the third adder, the fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor, the fifth multiplication unit and the seventh adder, the second input of which is connected through the relay block to the output of the first speed sensor, the second input of the fifth multiplication unit , the first input of the eighth adder and to its third input, a functional converter connected in series with the input to the output of the first position sensor, the sixth multiplication unit, the second input of the cat The seventh multiplication unit is connected to the output of the acceleration sensor, the second input of which is connected to the output of the sixth adder, and the output to the fourth input of the seventh adder, connected by the output to the second input of the first adder, the second input of the eighth adder connected to the output of the second adder, and output - with the first input of the first multiplication block (see RF patent No. 2189306, BI No. 26, 2002).

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению. Недостатком этого устройства является то, что оно эффективно только для робота, имеющего четыре степени подвижности (выдвижение руки, поворот вертикальной стойки, а также вертикальное и горизонтальное перемещение руки). Однако при этих четырех степенях подвижности робот не может выполнять рабочие операции на большой по площади горизонтальной плоскости. При введении еще одной пятой степени подвижности для перемещения руки в горизонтальной плоскости в рассматриваемом приводе появляются дополнительные возмущающие моментные воздействия, значительно ухудшающие его показатели качества. В результате возникает задача компенсации этих вредных дополнительных моментных воздействий за счет введения дополнительных сигналов коррекции.This device in its technical essence is the closest to the proposed solution. The disadvantage of this device is that it is only effective for a robot having four degrees of mobility (arm extension, rotation of the upright, as well as vertical and horizontal movement of the arm). However, with these four degrees of mobility, the robot cannot perform work operations on a large horizontal area. With the introduction of another fifth degree of mobility to move the arm in a horizontal plane in the drive under consideration, additional disturbing torque effects appear that significantly worsen its quality indicators. As a result, the task arises of compensating for these harmful additional momentary effects by introducing additional correction signals.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении исполнительного органа робота по всем пяти рассматриваемым степеням подвижности и, тем самым, повышение динамической точности его управления.The task to which the claimed technical solution is directed is to ensure the complete invariance of the dynamic properties of the electric drive to continuous and rapid changes in its dynamic moment load characteristics when the executive body of the robot moves along all five degrees of mobility considered and, thereby, increasing the dynamic accuracy of its control.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение дополнительного моментного воздействия, компенсирующего вредное моментное воздействие со стороны остальных степеней подвижности на качественные показатели работы рассматриваемого электропривода.The technical result that can be obtained by implementing the claimed technical solution is expressed in the formation of an additional control signal supplied to the input of the electric drive, which provides additional momentary impact that compensates for the harmful momentary effect of the remaining degrees of mobility on the quality performance of the considered electric drive.

Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения, первый сумматор, усилитель и электродвигатель, 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, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, третий вход через второй квадратор - к выходу третьего сумматора, а выход - ко второму входу первого блока умножения, причем выход второго задатчика сигнала соединен со вторым входом четвертого сумматора, а выход третьего задатчика сигнала - со вторым входом третьего сумматора, последовательно соединенные третий блок умножения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам датчика массы и четвертого сумматора, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, пятый блок умножения и седьмой сумматор, второй вход которого через релейный блок подключен к выходу первого датчика скорости, второму входу пятого блока умножения, первому входу восьмого сумматора и к своему третьему входу, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу первого датчика положения, и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, а также седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к четвертому входу седьмого сумматора, подключенного выходом ко второму входу первого сумматора, причем второй вход восьмого сумматора соединен с выходом второго сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения, дополнительно вводятся последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу первого датчика положения, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, и девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу шестого блока умножения, а выход - к первому входу седьмого блока умножения.The problem is solved in that in a self-adjusting electric drive of the robot, containing the first multiplication unit, the first adder, the amplifier and the electric motor connected directly to the first speed sensor and through the gearbox with the first position sensor, the output of which is connected to the first input of the second adder connected the second input to the input of the device, the second position sensor, the third adder, the fourth adder, the first quadrator, the second multiplication unit, the second in One of which is connected to the output of the mass sensor and the fifth adder, the second input of which is connected to the output of the first signal generator, the third input through the second quadrator - to the output of the third adder, and the output - to the second input of the first multiplication unit, and the output of the second signal generator is connected to the second the input of the fourth adder, and the output of the third signal generator - with the second input of the third adder, connected in series with the third multiplication unit, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the mass sensor and the fourth adder, the sixth adder, the second input of which is connected to the output of the third adder, the fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor, the fifth multiplication unit and the seventh adder, the second input of which is connected through the relay block to the output of the first speed sensor, the second the input of the fifth multiplication block, the first input of the eighth adder and to its third input, a cosine functional converter connected in series with the input to the output of the first sensor and the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor, as well as the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sixth adder, and the output to the fourth input of the seventh adder, connected by the output to the second input of the first adder, the second input of the eighth adder is connected to the output of the second adder, and the output is connected to the first input of the first multiplication unit, an additional sine-function converter connected in series with the input to the output is additionally introduced the first position sensor, the eighth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor, and the ninth adder, the second input of which is connected to the output of the sixth multiplication unit, and the output - to the first input of the seventh multiplication unit.

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

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают высокую точность и устойчивость рассматриваемого электропривода робота в условиях существенного изменения параметров нагрузки.Moreover, the distinctive features of the claims provide high accuracy and stability of the considered electric drive of the robot under conditions of a significant change in load parameters.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого самонастраивающегося электропривода робота. На фиг.2 - кинематическая схема руки этого робота, а на фиг.3 - вид сверху в проекции на горизонтальную плоскость XY.Figure 1 presents a diagram of the proposed self-tuning electric robot. Figure 2 is a kinematic diagram of the hands of this robot, and figure 3 is a top view in projection onto the horizontal plane XY.

Самонастраивающийся электропривод робота содержит последовательно соединенные первый блок 1 умножения, первый сумматор 2, усилитель 3 и электродвигатель 4, связанный с первым датчиком 5 скорости непосредственно и через редуктор 6 - с первым датчиком 7 положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 8, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик 9 положения, третий сумматор 10, четвертый сумматор 11, первый квадратор 12, второй блок 13 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 14 массы и пятый сумматор 15, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика 16 сигнала, третий вход через второй квадратор 17 - к выходу третьего сумматора 10, а выход - ко второму входу первого блока 1 умножения, причем выход второго задатчика 18 сигнала соединен со вторым входом четвертого сумматора 11, а выход третьего задатчика 19 сигнала - со вторым входом третьего сумматора 10, последовательно соединенные третий блок 20 умножения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам датчика 14 массы и четвертого сумматора 11, шестой сумматор 21, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора 10, четвертый блок 22 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 23 скорости, пятый блок 24 умножения и седьмой сумматор 25, второй вход которого через релейный блок 26 подключен к выходу первого датчика 5 скорости, второму входу пятого блока 24 умножения, первому входу восьмого сумматора 27 и к своему третьему входу, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь 28, подключенный входом к выходу первого датчика 7 положения, и шестой блок 29 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 30 ускорения, а также седьмой блок 31 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 21, а выход - к четвертому входу седьмого сумматора 25, подключенного выходом ко второму входу первого сумматора 2, причем второй вход восьмого сумматора 27 соединен с выходом второго сумматора 8, а выход - с первым входом первого блока 1 умножения, последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь 32, подключенный входом к выходу первого датчика 7 положения, восьмой блок 33 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 34 ускорения, и девятый сумматор 35, второй вход которого подключен к выходу шестого блока 29 умножения, а выход - к первому входу седьмого блока 31 умножения. Объект управления 36.The self-adjusting electric drive of the robot contains in series the first multiplication unit 1, the first adder 2, the amplifier 3 and the electric motor 4 connected directly to the first speed sensor 5 and through the reducer 6 with the first position sensor 7, the output of which is connected to the first input of the second adder 8 connected the second input to the input of the device, the second position sensor 9, the third adder 10, the fourth adder 11, the first quadrator 12, the second multiplication unit 13, the second input of which is connected to the mass sensor 14 and the fifth adder 15, the second input of which is connected to the output of the first signal setter 16, the third input through the second quadrator 17 to the output of the third adder 10, and the output to the second input of the first multiplication unit 1, and the output of the second signal setter 18 connected to the second input of the fourth adder 11, and the output of the third signal setter 19 to the second input of the third adder 10, connected in series to the third multiplication unit 20, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the mass sensor 14 and four the second adder 11, the sixth adder 21, the second input of which is connected to the output of the third adder 10, the fourth multiplication unit 22, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor 23, the fifth multiplication unit 24 and the seventh adder 25, the second input of which is through the relay unit 26 connected to the output of the first speed sensor 5, the second input of the fifth block 24 of the multiplication, the first input of the eighth adder 27 and to its third input, serially connected cosine functional Converter 28, connected by the input to the output of the first dates 7 position, and the sixth multiplication unit 29, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor 30, as well as the seventh multiplication unit 31, the second input of which is connected to the output of the sixth adder 21, and the output to the fourth input of the seventh adder 25 connected to the output to the second input of the first adder 2, and the second input of the eighth adder 27 is connected to the output of the second adder 8, and the output to the first input of the first multiplication unit 1, serially connected sine functional Converter 32, connected by the input to you ode first position sensor 7, the eighth multiplication unit 33, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor 34, and the ninth adder 35, the second input of which is connected to the output of the sixth multiplier 29, and an output - to the first input of the seventh unit 31 multiplication. Management Object 36.

На чертежах приведены следующие обозначения: αвх - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки электропривода; U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем; qi - обобщенные координаты соответствующих степеней подвижности исполнительного органа робота (

Figure 00000001
); mi, mГ - массы соответствующих звеньев манипулятора и груза (i=2,3); l3=const - расстояние от центра масс горизонтального звена до средней точки охвата;
Figure 00000002
- расстояния от оси вращения горизонтального звена до его центра масс при q3=0;
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- скорости изменения первой и третьей обобщенных координат;
Figure 00000005
- скорость вращения ротора электродвигателя первой степени подвижности робота;
Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- ускорения в первой, четвертой и пятой степенях подвижности робота.The following notation is shown in the drawings: α in - signal from the output of a software device; ε is the error signal of the electric drive; U *, U - respectively, the amplified signal and the motor control signal; q i - generalized coordinates of the corresponding degrees of mobility of the executive body of the robot (
Figure 00000001
); m i , m G are the masses of the corresponding parts of the manipulator and the load (i = 2,3); l 3 = const is the distance from the center of mass of the horizontal link to the midpoint of coverage;
Figure 00000002
- the distance from the axis of rotation of the horizontal link to its center of mass with q 3 = 0;
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- the rate of change of the first and third generalized coordinates;
Figure 00000005
- the rotation speed of the rotor of the electric motor of the first degree of mobility of the robot;
Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- acceleration in the first, fourth and fifth degrees of mobility of the robot.

Рассматриваемый электропривод управляет поворотом вертикального звена робота (обобщенная координата q1). Конструкция робота позволяет осуществлять также выдвижение горизонтального звена (обобщенная координата q3), вертикальное прямолинейное перемещение горизонтального звена (обобщенная координата q2) и еще два линейных взаимно перпендикулярных перемещения вертикального звена в горизонтальной плоскости (обобщенные координаты q4 и q5). Эта конструкция робота позволяет выполнять производственные операции в очень большой рабочей зоне.The considered electric drive controls the rotation of the vertical link of the robot (generalized coordinate q 1 ). The design of the robot also allows the extension of the horizontal link (generalized coordinate q 3 ), vertical rectilinear movement of the horizontal link (generalized coordinate q 2 ) and two more linear mutually perpendicular movements of the vertical link in the horizontal plane (generalized coordinates q 4 and q 5 ). This design of the robot allows you to perform production operations in a very large work area.

Самонастраивающийся электропривод работает следующим образом. На его вход подается воздействие αвх, обеспечивающее требуемый законSelf-adjusting electric drive operates as follows. At its input, the action of α vx is applied, which ensures the required law

управления обобщенной координатой q1. На выходе сумматора 8 вырабатывается сигнал ошибки ε, который после коррекции в элементах 1, 2 и 27, усиливаясь, поступает на вход электродвигателя 4 с редуктором 6, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U и внешнего моментного воздействия Мв на электропривод.control the generalized coordinate q 1 . At the output of the adder 8, an error signal ε is generated, which, after correction in elements 1, 2 and 27, amplifies, enters the input of the electric motor 4 with gear 6, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration), depending on the value of the incoming signal U and external moment impact M in on the electric drive.

С помощью уравнения Лагранжа второго рода несложно показать, что в процессе движения робота на электропривод рассматриваемого перемещения действует моментUsing the Lagrange equation of the second kind, it is easy to show that during the movement of the robot the moment acts on the electric drive of the movement in question

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

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

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

Figure 00000013
и механической цепей электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения или с постоянными магнитами рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q1, можно описать следующим дифференциальным уравнениемTaking into account relations (1), (2), as well as the equations of electric
Figure 00000013
and mechanical chains of a direct current electric motor of independent excitation or with permanent magnets, the considered electric drive controlling the coordinate q 1 can be described by the following differential equation

Figure 00000015
Figure 00000015

где R - активное сопротивление якорной цепи двигателя; J - момент инерции якоря электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу электродвигателя; Км - коэффициент крутящего момента; Кω - коэффициент противоЭДС; Kв - коэффициент вязкого трения; ip - передаточное отношение редуктора; Мcтр - момент сухого трения; Ку - коэффициент усиления усилителя 3; i - ток якоря двигателя 5;

Figure 00000016
- ускорение вращения вала электродвигателя первой степени подвижности,
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019
.where R is the active resistance of the engine armature circuit; J is the moment of inertia of the armature of the motor and the rotating parts of the gearbox, reduced to the shaft of the motor; K m - coefficient of torque; To ω is the coefficient of counter-EMF; K in - coefficient of viscous friction; i p - gear ratio; M pp - the moment of dry friction; To y - gain of the amplifier 3; i is the armature current of the motor 5;
Figure 00000016
- acceleration of rotation of the shaft of the electric motor of the first degree of mobility,
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019
.

С учетом выражения (2) видно, что параметры уравнения (3), а следовательно, параметры и динамические свойства электропривода, управляющего координатой q1, являются существенно переменными, зависящими от непрерывного изменения координат q1, q3,

Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000022
Taking into account expression (2), it can be seen that the parameters of equation (3), and therefore the parameters and dynamic properties of the electric drive that controls the coordinate q 1 , are essentially variable, depending on the continuous change of coordinates q 1 , q 3 ,
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000022

и массы захваченного груза mГ. Это снижает качественные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы. В связи с этим для качественного управления координатой q1 (для реализации поставленной выше задачи) необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q1, q3,

Figure 00000023
,
Figure 00000024
,
Figure 00000025
and the mass of the captured cargo m G. This reduces the quality of the drive and even leads to a loss of stability of its operation. In this regard, for quality control of the coordinate q 1 (for the implementation of the above task), it is necessary to accurately compensate for the negative impact of changes in the coordinates q 1 , q 3 ,
Figure 00000023
,
Figure 00000024
,
Figure 00000025

и mГ на динамические свойства рассматриваемого электропривода, т.е. необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое стабилизировало бы параметры этого электропривода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.and m G on the dynamic properties of the drive in question, i.e. it is necessary to form such a corrective device that would stabilize the parameters of this electric drive in such a way that it is described by a differential equation with constant desired parameters.

Второй положительный вход сумматора 27 (со стороны сумматора 8) имеет единичный коэффициент усиления, а первый отрицательный вход - коэффициент усиления Кω/Ку. В результате на выходе сумматора 27 формируется сигнал

Figure 00000026
. Задатчик 19 вырабатывает сигнал, равный
Figure 00000027
, а задатчик 18 - сигнал l3. Первые и вторые положительные входы сумматоров 10 и 11 имеют единичные коэффициенты усиления. Датчик 14 измеряет массу захваченного груза mГ. В результате на выходе сумматора 10 формируется сигнал, равный
Figure 00000028
, на выходе сумматора 11 - сигнал
Figure 00000029
на выходе блока 13 - сигнал
Figure 00000030
, а на выходе квадратора 17 - сигнал
Figure 00000031
.The second positive input of the adder 27 (from the adder 8) has a unity gain, and the first negative input has a gain K ω / K y . As a result, at the output of the adder 27, a signal is generated
Figure 00000026
. The setter 19 generates a signal equal to
Figure 00000027
, and the setter 18 is a signal l 3 . The first and second positive inputs of the adders 10 and 11 have unity gain. The sensor 14 measures the mass of the captured cargo m G. As a result, a signal equal to
Figure 00000028
, at the output of adder 11 - signal
Figure 00000029
at the output of block 13 - signal
Figure 00000030
, and at the output of the quadrator 17 is a signal
Figure 00000031
.

Первый (со стороны блока 13) и третий (со стороны квадратора 17) положительный входы сумматора 15 имеют коэффициенты усиления

Figure 00000032
и
Figure 00000033
, соответственно (Jн - номинальное (желаемое) значение приведенного момента инерции, обеспечивающее рассматриваемому электроприводу заданные динамические свойства и качественные показатели. Причем с выхода задатчика 16 на второй положительный вход сумматора 17 с единичным коэффициентом усиления поступает сигнал, равный
Figure 00000034
. В результате на выходе сумматора 15 появляется сигнал, равный
Figure 00000035
а на выходе блока 1 - сигнал
Figure 00000036
.The first (from the side of block 13) and the third (from the side of quadrator 17) positive inputs of the adder 15 have gains
Figure 00000032
and
Figure 00000033
, respectively (J n is the nominal (desired) value of the reduced moment of inertia, which provides the drive with the specified dynamic properties and quality indicators. Moreover, from the output of the setter 16 to the second positive input of the adder 17 with a unity gain is a signal equal to
Figure 00000034
. As a result, the output of the adder 15 appears a signal equal to
Figure 00000035
and at the output of block 1 - a signal
Figure 00000036
.

Первый (со стороны блока 20) и второй положительные входы сумматора 21 имеют коэффициенты усиления

Figure 00000037
и
Figure 00000038
, соответственно. Датчик 23 измеряет скорость
Figure 00000023
. В результате на выходе блока 22 формируется сигнал,
Figure 00000039
, а на выходе блока 24 - сигнал
Figure 00000040
Функциональные преобразователи 28 и 32 реализуют функции cos q1 и sinq1 соответственно. Датчики 30 и 34 измеряют ускорения
Figure 00000041
и
Figure 00000042
соответственно. Первый отрицательный (со стороны блока 33) и второй положительный входы сумматора 35 имеют коэффициенты усиления ip/2. В результате на выходе блока 31 формируется сигнал, равный
Figure 00000043
.The first (from the side of block 20) and the second positive inputs of the adder 21 have gains
Figure 00000037
and
Figure 00000038
, respectively. Sensor 23 measures speed
Figure 00000023
. As a result, a signal is generated at the output of block 22,
Figure 00000039
, and at the output of block 24, a signal
Figure 00000040
Functional converters 28 and 32 implement the functions cos q 1 and sinq 1, respectively. Sensors 30 and 34 measure acceleration
Figure 00000041
and
Figure 00000042
respectively. The first negative (from the side of block 33) and the second positive inputs of the adder 35 have gains i p / 2. As a result, a signal equal to
Figure 00000043
.

Выходной сигнал блока 26 имеет вид:

Figure 00000044
при
Figure 00000045
, The output signal of the block 26 has the form:
Figure 00000044
at
Figure 00000045
,

где |MT| - величина момента сухого трения при движении электродвигателя. Первый, второй и четвертый положительные входы сумматора 25 (соответственно, со стороны блоков 24, 26 и 31) имеют единичные коэффициенты усиления, а его третий положительный вход - коэффициент усиления

Figure 00000046
. В результате на выходе сумматора 25 формируется сигнал
Figure 00000047
.where | M T | - the magnitude of the dry friction moment during the movement of the electric motor. The first, second and fourth positive inputs of the adder 25 (respectively, from the side of blocks 24, 26 and 31) have unity gain, and its third positive input is the gain
Figure 00000046
. As a result, a signal is generated at the output of adder 25
Figure 00000047
.

Первый положительный вход сумматора 2 (со стороны блока 1) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления, равный

Figure 00000048
. В результате на выходе сумматора 2 формируется сигналThe first positive input of adder 2 (from the side of unit 1) has a unity gain, and its second positive input has a gain equal to
Figure 00000048
. As a result, a signal is generated at the output of adder 2

Figure 00000049
Figure 00000049

Несложно показать, что поскольку МTsign

Figure 00000050
при движении электропривода достаточно точно соответствует Мcтр, то, подставив полученное значение U* из выражения (4) в выражение (3), будем иметьIt is easy to show that since M T sign
Figure 00000050
when the electric drive moves, it corresponds quite accurately to M pp , then, substituting the obtained value U * from expression (4) into expression (3), we will have

Figure 00000051
Figure 00000051

Очевидно, что уравнение (5) имеет постоянные желаемые параметры, а рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q1, за счет введения рассмотренной выше самонастройки управляющего сигнала U* будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями, которые определяются выбором желаемых значений Ку и JH.It is obvious that equation (5) has constant desired parameters, and the considered electric drive, which controls the coordinate q 1 , due to the introduction of the self-tuning of the control signal U * discussed above, will have constant desired dynamic properties and qualitative indicators, which are determined by the choice of the desired values of K y and J H.

Claims (1)

Самонастраивающийся электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения, первый сумматор, усилитель и электродвигатель, 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, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, третий вход через второй квадратор - к выходу третьего сумматора, а выход - ко второму входу первого блока умножения, причем выход второго задатчика сигнала соединен со вторым входом четвертого сумматора, а выход третьего задатчика сигнала - со вторым входом третьего сумматора, последовательно соединенные третий блок умножения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам датчика массы и четвертого сумматора, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, пятый блок умножения и седьмой сумматор, второй вход которого через релейный блок подключен к выходу первого датчика скорости, второму входу пятого блока умножения, первому входу восьмого сумматора и к своему третьему входу, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу первого датчика положения, и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, а также седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к четвертому входу седьмого сумматора, подключенного выходом ко второму входу первого сумматора, причем второй вход восьмого сумматора соединен с выходом второго сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные синусный функциональный преобразователь, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, и девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу шестого блока умножения, а выход - к первому входу седьмого блока умножения. The self-adjusting electric drive of the robot, containing the first multiplication unit, the first adder, the amplifier and the electric motor connected directly to the first speed sensor and through the gearbox to the first position sensor, the output of which is connected to the first input of the second adder connected to the device input by the second input, in series connected by a second position sensor, a third adder, a fourth adder, a first quadrator, a second multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sensor mass, and a fifth adder, the second input of which is connected to the output of the first signal adder, the third input through the second quadrator - to the output of the third adder, and the output - to the second input of the first multiplication unit, and the output of the second signal adder is connected to the second input of the fourth adder, and the output of the third signal generator - with the second input of the third adder, connected in series with the third multiplication unit, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the mass sensor and the fourth adder, the sixth adder, the second input of which is connected to the output of the third adder, the fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor, the fifth multiplication unit and the seventh adder, the second input of which is connected through the relay block to the output of the first speed sensor, the second input of the fifth multiplication unit, the first the input of the eighth adder and to its third input, a cosine functional converter connected in series with the input to the output of the first position sensor, and the sixth multiplication unit, the second input which is connected to the output of the first acceleration sensor, as well as the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sixth adder, and the output to the fourth input of the seventh adder, connected to the second input of the first adder, the second input of the eighth adder connected to the output of the second adder and the output - with the first input of the first multiplication unit, characterized in that it is additionally introduced in series with a sine functional converter, the eighth multiplication unit, the second input of which th connected to the output of the second acceleration sensor and the ninth adder, the second input of which is connected to the output of the sixth multiplier and an output - to the first input of the seventh multiplier.
RU2008131131/02A 2008-07-28 2008-07-28 Self-tuning electric drive of robot RU2380215C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008131131/02A RU2380215C1 (en) 2008-07-28 2008-07-28 Self-tuning electric drive of robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008131131/02A RU2380215C1 (en) 2008-07-28 2008-07-28 Self-tuning electric drive of robot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2380215C1 true RU2380215C1 (en) 2010-01-27

Family

ID=42122036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008131131/02A RU2380215C1 (en) 2008-07-28 2008-07-28 Self-tuning electric drive of robot

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2380215C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2443542C1 (en) * 2010-09-15 2012-02-27 Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН) Manipulator electric drive

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2443542C1 (en) * 2010-09-15 2012-02-27 Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН) Manipulator electric drive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2394674C2 (en) Self-adaptive electric drive of robot
RU2423224C2 (en) Robot electric drive
RU2372186C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulation robot
RU2380215C1 (en) Self-tuning electric drive of robot
RU2372638C1 (en) Self-tuning electric drive for manipulation robot
RU2325268C1 (en) Control of robotic machine drive
RU2359306C2 (en) Self-adapting electric drive of robot
RU2423225C1 (en) Robot electric drive
RU2443543C1 (en) Manipulator electric drive
RU2478465C1 (en) Manipulator electric drive
RU2212329C1 (en) Device for control of robot drive
RU2345885C1 (en) Robot drive control device
RU2235014C1 (en) Robot drive control apparatus
RU2424894C1 (en) Robot electric drive
RU2385481C1 (en) Self-tuning robot electrical drive
RU2235016C1 (en) Robot drive control apparatus
RU2335389C2 (en) Robot drive control device
RU2258600C1 (en) Robot's drive control unit
RU2235015C1 (en) Robot drive control apparatus
RU2363972C2 (en) Robot self-adaptive electric drive
RU2398672C1 (en) Robot electric drive
RU2187426C2 (en) Self-adaptive electric drive of robot
RU2443542C1 (en) Manipulator electric drive
RU2272312C1 (en) Arrangement for controlling of the drive of a robot
RU2277258C1 (en) Self-adjusting electric motor for a robot

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100729