RU2424894C1 - Robot electric drive - Google Patents

Robot electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2424894C1
RU2424894C1 RU2010109668/02A RU2010109668A RU2424894C1 RU 2424894 C1 RU2424894 C1 RU 2424894C1 RU 2010109668/02 A RU2010109668/02 A RU 2010109668/02A RU 2010109668 A RU2010109668 A RU 2010109668A RU 2424894 C1 RU2424894 C1 RU 2424894C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
adder
multiplication unit
sensor
Prior art date
Application number
RU2010109668/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Федорович Филаретов (RU)
Владимир Федорович Филаретов
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (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 Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (ИАПУ ДВО РАН)
Priority to RU2010109668/02A priority Critical patent/RU2424894C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2424894C1 publication Critical patent/RU2424894C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to robotics, in particular, to robot drives. Proposed invention consists in that drive incorporates additional third signal setter, ninth adder with its second input connected to mass transducer output, seventh multiplication unit with its second input connected to output of second cosine functional transducer, eighth multiplication unit with its second input connected via third cosine transducer to output of third position pickup, and ninth multiplication unit with its second input connected with acceleration transducer and its output connected to third adder sixth input. ^ EFFECT: higher dynamic accuracy of drive operation at preset mobility of robot actuator. ^ 2 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов роботов.The invention relates to robotics and can be used to create electric drives of robots.

Известно устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, первый вход которого является входом устройства, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, второй вход которого соединен с вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, третий вход - с выходом релейного элемента, подключенного входом к второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, а выход - со вторым входом третьего сумматора, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, а выход - к второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, первый косинусный функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, пятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика ускорения, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого через второй синусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, а выход - к второму входу второго блока умножения, причем второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом седьмого сумматора, его выход - с третьим входом пятого сумматора, пятый вход четвертого сумматора через седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и третьему входу шестого сумматора, и восьмой блок умножения, второй вход которого через третий синусный функциональный преобразователь соединен с выходом первого датчика положения, а также последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков положения, четвертый синусный функциональный преобразователь и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу восьмого блока умножения, и десятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика ускорения, а выход - с шестым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные пятый косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, одиннадцатый сумматор, второй вход которого через последовательно соединенные шестой косинусный функциональный преобразователь и двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, соединен с выходом девятого сумматора, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика ускорения, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора (см. патент России №2272312, БИ №8, 2006 г.).A device for controlling a robot drive is known, comprising a first adder connected in series, the first input of which is the device input, a second adder, a first multiplication unit, a third adder, an amplifier and an electric motor connected directly to the first speed sensor and through the gearbox to the first position sensor, output which is connected to the second input of the first adder, the second speed sensor, the second multiplication unit, the third multiplication unit and the fourth adder, the second input to which is connected to the second input of the second adder and the output of the first speed sensor, the third input to the output of the relay element connected to the input of the second input of the third multiplication unit and the output of the first speed sensor, and the output to the second input of the third adder, the mass sensor and the fifth connected in series an adder, the second input of which is connected to the output of the first signal generator, and the output to the second input of the first multiplication unit, the second position sensor connected in series, the first cosine functional converter a developer, a fourth multiplication unit, a sixth adder, the second input of which is connected to the output of the second signal generator, a fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor, and the output - with the fourth input of the fourth adder, the third signal adjuster, the seventh adder connected in series , the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the sixth multiplication unit, the second input of which through the second sine functional converter is connected to the output of the second position sensor, and the output is to the second input of the second multiplication unit, the second input of the fourth multiplication unit connected to the output of the seventh adder, its output to the third input of the fifth adder, the fifth input of the fourth adder through the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second multiplication unit, connected to the output the second speed sensor, connected in series with the fourth signal setter, the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor and the third input of the sixth adder, and the eighth multiplication unit, the second the input of which through the third sine functional converter is connected to the output of the first position sensor, as well as the ninth adder connected in series, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second position sensors, the fourth sine functional converter and the ninth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the seventh adder, the tenth adder, the second input of which is connected to the output of the eighth multiplication block, and the tenth multiplication block, the second input of which o connected to the output of the second acceleration sensor, and the output to the sixth input of the fourth adder, the fifth cosine functional converter connected in series, the input of which is connected to the output of the first position sensor, the eleventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the eighth adder, the eleventh adder, the second whose input is connected in series through the sixth cosine functional converter and the twelfth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the seventh sum and, connected to the output of the ninth adder, and thirteenth multiplier, the second input of which is connected to the output of the third acceleration sensor and an output - to the seventh input of the fourth adder (cm. Russian patent No. 2272312, BI No. 8, 2006).

Его недостатком является то, что в нем отсутствует полная инвариантность динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным изменениям его моментных нагрузочных характеристик, поскольку здесь рассматривается робот с другой кинематической схемой.Its disadvantage is that it lacks the complete invariance of the dynamic properties of the drive under consideration to continuous changes in its moment load characteristics, since a robot with a different kinematic scheme is considered here.

Известен также 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 третьем телескопическом звене робота, и движок первого датчика положения, установленного на втором звене и имеющего возможность измерения положения третьего телескопического звена относительно оси вращения второго звена, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй положительный 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 первого датчика положения соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и первый квадратор, выход которого соединен со вторым входом третьего блока умножения, выходом подключенного к третьему входу третьего сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый функциональный преобразователь, шестой блок умножения и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, причем выход датчика массы соединен с вторыми входами первого, второго и шестого блоков умножения, второй вход четвертого блока умножения через второй функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, выход первого 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 (Авт. свидет. СССР №1798179, БИ №8, 1993 г.).A self-adjusting robot electric drive is also 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 gearbox with a gear driving the rack fixed motionless on the third telescopic link of the robot, and an engine the first position sensor mounted on the second link and having the ability to measure the position of the third telescopic link relative to the axis of rotation of the second link, the relay unit and the third adder connected in series, the second positive input of which is connected to the output of the first speed sensor, the relay unit input and the second negative input of the first adder, the first signal commander, the fourth adder, and the fifth adder connected in series to the second input of the second signal a second multiplication unit, a sixth adder and a third multiplication unit, as well as a mass sensor, wherein the output of the first position sensor is connected to the first input of the seventh adder, connected by the second input to the input of the device, and the output to the first input of the first adder, the output of the third adder is connected to the second input of the second adder, the second speed sensor and the first 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 input the third adder, connected in series with a third speed sensor, a fourth multiplication unit, a second quadrator and a fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sixth adder, and the output is to the fourth input of the third adder, the second position sensor, the first functional converter, the sixth multiplication unit and the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the first functional converter and the output to the fifth input of the third adder, the output of the mass sensor connected to the second inputs the first, second and sixth multiplication blocks, the second input of the fourth multiplication block through the second functional converter is connected to the output of the second position sensor, the output of the first 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 (Aut. witness USSR No. 1798179, BI No. 8, 1993).

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению.This device in its technical essence is the closest to the proposed solution.

Недостатком прототипа также является то, что в нем отсутствует полная инвариантность динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным изменениям его моментных нагрузочных характеристик, поскольку в нем рассматривается робот с другой кинематической схемой, которая имеет меньшее число степеней подвижности.The disadvantage of the prototype is also that it lacks the complete invariance of the dynamic properties of the drive in question to continuous changes in its moment load characteristics, since it considers a robot with a different kinematic scheme that has a lower number of degrees of mobility.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении конкретного робота с заданной кинематической схемой исполнительного органа по всем его степеням подвижности.The task to which the claimed technical solution is directed is to ensure the complete invariance of the dynamic properties of the drive in question to continuous and rapid changes in its dynamic moment load characteristics when a particular robot moves with a given kinematic scheme of the actuator in all its degrees of mobility.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает формирование моментного воздействия, необходимого для обеспечения полной инвариантности его показателей качества к непрерывно изменяющимся параметрам нагрузки.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 the formation of the momentary effect necessary to ensure the complete invariance of its quality indicators to continuously changing load parameters.

Поставленная задача решается тем, что в электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене исполнительного органа робота, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, дополнительно вводятся последовательно соединенные третий задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, восьмой блок умножения, второй вход которого через третий косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу третьего датчика положения, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика ускорения, а выход - с шестым входом третьего сумматора.The problem is solved in that in the electric drive of the robot, containing a series-connected first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an electric motor connected to the first speed sensor directly and through the gearbox, with a gear driving the rail fixed on the second telescopic the link of the executive body of the robot, and the first position sensor measuring the position of this second link relative to its horizontal axis of rotation, connected in series to the relay the second block 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 input of the first adder, and the output to the second input of the second adder, the third input of which is connected to the output of the first adder, the first signal adjuster is connected in series, the fourth an adder, the second input of which is connected to the output of the first position sensor and with the first input of the fifth adder connected by the second input to the input of the device, and the output to the first input of the first adder, the sixth adder, the second input of which is connected to the second signal generator, the second multiplication unit, the seventh adder, the second input of which is connected to the output of the fourth adder, and the third multiplication unit, the second input of which is connected through the first quadrator to the output of the second speed sensor, and the output to the third input of the third adder as well as a mass sensor, the output of which is connected to the second inputs of the first and second multiplication units, a third speed sensor, a fourth multiplication unit, a second quadrator and a fifth multiplication unit, connected in series The second input of which is connected to the output of the seventh adder, and the output to the fourth input of the third adder, a second position sensor, a first sine function converter, a sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and an eighth adder, the second input of which is connected to the output of the first functional converter, and the output to the fifth input of the third adder, the second input of the fourth multiplication block through the second cosine functional converter is connected to in the course of the second position sensor, an additional third signal setter, a ninth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second functional converter, the eighth multiplication unit, the second input of which through the third cosine functional the converter is connected to the output of the third position sensor, and the ninth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the output to the sixth in Odom third adder.

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 работы электропривода рассматриваемого робота в условиях существенного изменения его параметров нагрузки.At the same time, the distinguishing features of the claims provide high accuracy and stability of the electric drive of the robot in question under conditions of a significant change in its load parameters.

На фиг.1 дана блок-схема предлагаемого электропривода робота, а на фиг.2 - кинематическая схема исполнительного органа этого робота.Figure 1 is a block diagram of the proposed electric drive of the robot, and figure 2 is a kinematic diagram of the executive body of this robot.

Электропривод робота содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, усилитель 4 и электродвигатель 5, связанный с первым датчиком 6 скорости непосредственно и через редуктор 7 - с шестерней 8, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене исполнительного органа робота, и первый датчик 9 положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, 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 входу первого сумматора 1, а выход - ко второму входу второго сумматора 3, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора 1, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала, четвертый сумматор 13, второй вход которого соединен с выходом первого датчика 9 положения и с первым входом пятого сумматора 14, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора 1, шестой сумматор 15, ко второму входу которого подключен второй задатчик 16 сигнала, второй блок 17 умножения, седьмой сумматор 18, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора 13, и третий блок 19 умножения, второй вход которого через первый квадратор 20 подключен к выходу второго датчика 21 скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора 11, а также датчик 22 массы, выход которого подключен ко вторым входам первого 2 и второго 17 блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик 23 скорости, четвертый блок 24 умножения, второй квадратор 25 и пятый блок 26 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 18, а выход - к четвертому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные второй датчик 27 положения, первый синусный функциональный преобразователь 28, шестой блок 29 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 22 массы, и восьмой сумматор 30, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя 28, а выход - к пятому входу третьего сумматора 11, второй вход четвертого блока 24 умножения через второй косинусный функциональный преобразователь 31 подключен к выходу второго датчика 27 положения, последовательно соединенные третий задатчик 32 сигнала, девятый сумматор 33, второй вход которого подключен к выходу датчика 22 массы, седьмой блок 34 умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя 31, восьмой блок 35 умножения, второй вход которого через третий косинусный функциональный преобразователь 36 подключен к выходу третьего датчика 37 положения, и девятый блок 38 умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика 39 ускорения, а выход - с шестым входом третьего сумматора 11.The electric drive of the robot contains a series-connected first adder 1, a first multiplication unit 2, a second adder 3, an amplifier 4 and an electric motor 5 connected to the first speed sensor 6 directly and through a reducer 7 with a gear 8 that drives the rail fixed motionlessly to the second telescopic the link of the executive body of the robot, and the first position sensor 9, which measures the position of this second link relative to its horizontal axis of rotation, the relay unit 10 and the third adder 11 connected in series the swarm input of which is connected to the output of the first speed sensor 6, the input of the relay unit 10 and the second input of the first adder 1, and the output to the second input of the second adder 3, the third input of which is connected to the output of the first adder 1, the first signal setter 12 is connected in series, the fourth an adder 13, the second input of which is connected to the output of the first position sensor 9 and with the first input of the fifth adder 14, connected by the second input to the input of the device, and the output to the first input of the first adder 1, the sixth adder 15, to the second input the second signal adjuster 16, the second multiplication unit 17, the seventh adder 18, the second input of which is connected to the output of the fourth adder 13, and the third multiplication unit 19, the second input of which through the first quadrator 20 is connected to the output of the second speed sensor 21, and the output to the third input of the third adder 11, as well as a mass sensor 22, the output of which is connected to the second inputs of the first 2 and second 17 multiplication units, serially connected to the third speed sensor 23, the fourth multiplication unit 24, the second quadrator 25 and the fifth smart unit 26 the second input of which is connected to the output of the seventh adder 18, and the output is to the fourth input of the third adder 11, serially connected to the second position sensor 27, the first sine function converter 28, the sixth multiplication unit 29, the second input of which is connected to the output of the mass sensor 22, and the eighth adder 30, the second input of which is connected to the output of the first functional converter 28, and the output to the fifth input of the third adder 11, the second input of the fourth multiplication unit 24 through the second cosine functional pre the expander 31 is connected to the output of the second position sensor 27, the third signal adjuster 32 is connected in series, the ninth adder 33, the second input of which is connected to the output of the mass sensor 22, the seventh multiplication unit 34, the second input of which is connected to the output of the second functional converter 31, the eighth block 35 multiplication, the second input of which through the third cosine functional converter 36 is connected to the output of the third position sensor 37, and the ninth multiplication unit 38, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor 39 I, and the output is with the sixth input of the third adder 11.

На фиг.1 и 2 введены следующие обозначения: qBX - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки электропривода; U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 5; q1, q2, q3, q4 - соответствующие обобщенные координаты исполнительного органа робота;

Figure 00000001
,
Figure 00000002
- скорости изменения соответствующих обобщенных координат;
Figure 00000003
- скорость вращения ротора электродвигателя;
Figure 00000004
- ускорение четвертой обобщенной координаты; m1, m2, mГ - соответственно массы первого, второго звеньев исполнительного органа и захваченного груза;
Figure 00000005
- расстояние от оси вращения второго звена до его центра масс при q3=0, l2 - расстояние от центра масс второго звена до средней точки схвата.1 and 2, the following notation is introduced: q BX — signal from the output of the software device; ε is the error signal of the electric drive; U *, U - respectively, the amplified signal and the control signal of the motor 5; q 1 , q 2 , q 3 , q 4 - the corresponding generalized coordinates of the executive body of the robot;
Figure 00000001
,
Figure 00000002
- the rate of change of the corresponding generalized coordinates;
Figure 00000003
- rotational speed of the rotor of the electric motor;
Figure 00000004
- acceleration of the fourth generalized coordinate; m 1 , m 2 , m G - respectively, the mass of the first, second links of the executive body and the captured cargo;
Figure 00000005
- the distance from the axis of rotation of the second link to its center of mass with q 3 = 0, l 2 - the distance from the center of mass of the second link to the midpoint of the gripper.

В изобретении рассматривается электропривод, который управляет координатой q3, обеспечивая выдвижение второго телескопического звена исполнительного органа робота типа «Юнимент» (см. фиг.2).The invention considers an electric drive that controls the coordinate q 3 , providing the extension of the second telescopic link of the executive body of the robot type "Uniment" (see figure 2).

Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки ε с выхода сумматора 14 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 ε, моментов трения и внешнего моментного воздействия. 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.The device operates as follows. The error signal ε from the output of the adder 14 after correction in blocks 1, 2, 3, amplifying, enters the electric motor 5, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration), depending on the magnitude of the incoming signal ε, friction moments, and external torque exposure. 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 that can vary widely. This reduces the quality of the drive and even leads to a loss of stability of its operation.

Второе звено исполнительного органа перемещается электроприводом с помощью передачи шестерня-рейка. Причем рейка установлена вдоль второго звена, а шестерня - на выходном валу редуктора 7 электропривода и имеет радиус r. Несложно показать, что в процессе движения исполнительного органа робота на его второе звено со стороны электропривода действует силаThe second link of the executive body is moved by an electric drive using a gear-rack transmission. Moreover, the rail is installed along the second link, and the gear on the output shaft of the gearbox 7 of the electric drive and has a radius r. It is easy to show that during the movement of the executive body of the robot, a force acts on its second link from the side of the electric drive

Figure 00000006
Figure 00000006

где g - ускорение свободного падения.where g is the acceleration of gravity.

Сила P3 в процессе движения исполнительного органа создает на выходном валу редуктора 7 момент, равныйThe force P 3 in the process of movement of the Executive body creates on the output shaft of the gearbox 7 a moment equal to

Figure 00000007
Figure 00000007

С учетом соотношения (1), а также уравнения электрической

Figure 00000008
и механической
Figure 00000009
цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения, рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q3, можно описать следующим дифференциальным уравнениемTaking into account relation (1), as well as the equation of electric
Figure 00000008
and mechanical
Figure 00000009
chains of a DC motor with permanent magnets or independent excitation, the considered electric drive, which controls the coordinate q 3 , can be described by the following differential equation

Figure 00000010
Figure 00000010

где R - активное сопротивление якорной цепи электродвигателя; J - момент инерции его якоря и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу электродвигателя; KM - коэффициент крутящего момента; Кω - коэффициент противо-ЭДС; KB - коэффициент вязкого трения; КУ - коэффициент усиления усилителя 4; МСТР - приведенный к валу электродвигателя момент сухого трения; i - ток якоря электродвигателя 5; iP - передаточное отношение редуктора,where R is the active resistance of the anchor circuit of the electric motor; J is the moment of inertia of its armature and rotating parts of the gearbox, reduced to the shaft of the electric motor; K M - torque coefficient; To ω is the coefficient of counter-EMF; K B is the coefficient of viscous friction; K U - gain of the amplifier 4; M STR - the dry friction moment reduced to the motor shaft; i is the armature current of the electric motor 5; i P - gear ratio

Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000011
Figure 00000012

Из уравнения (2) видно, что его параметры, а следовательно, параметры и динамические свойства электропривода, управляющего координатой q3, являются существенно переменными, зависящими от q1, q2, q3,

Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
, mГ. В связи с этим для качественного управления координатой q3 необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q1, q2, q3,
Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
и mГ на динамические свойства рассматриваемого электропривода. То есть сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры этого электропривода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.From equation (2) it can be seen that its parameters, and therefore, the parameters and dynamic properties of the electric drive controlling the coordinate q 3 , are essentially variable, depending on q 1 , q 2 , q 3 ,
Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
, 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 1 , q 2 , q 3 ,
Figure 00000013
,
Figure 00000014
,
Figure 00000015
and m G on the dynamic properties of the drive in question. That is, to form such a corrective device that would stabilize the parameters of this electric drive so that it is described by a differential equation with constant desired parameters.

Первый положительный вход сумматора 1 (со стороны сумматора 14) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления Кω/Ку. Следовательно, на выходе сумматора 1 формируется сигнал

Figure 00000016
. Первый и второй положительные входы сумматоров 13 и 15 имеют единичные коэффициенты усиления. На выходах первого 12 и второго 16 задатчиков сигнала соответственно формируются сигналы
Figure 00000017
, l2=const. В результате на выходе сумматора 13 формируется сигнал
Figure 00000018
, а на выходе сумматора 15 - сигнал
Figure 00000019
, т.к. датчик 9 измеряет координату q3.The first positive input of the adder 1 (from the adder 14) has a unity gain, and its second negative input has a gain K ω / K y . Therefore, at the output of the adder 1, a signal is generated
Figure 00000016
. The first and second positive inputs of the adders 13 and 15 have unity gain. The outputs of the first 12 and second 16 signal setters, respectively, are formed signals
Figure 00000017
, l 2 = const. As a result, a signal is generated at the output of the adder 13
Figure 00000018
, and the output of the adder 15 is a signal
Figure 00000019
because the sensor 9 measures the coordinate q 3 .

Датчики 37, 27 и 9 установлены соответственно в первой, второй и третьей степенях подвижности исполнительного органа (см. фиг.2) и измеряют величины q1, q2 и q3 соответственно. Датчики 23, 21 и 6 также установлены соответственно в первой, второй и третьей степенях подвижности исполнительного органа (см. фиг.2) и измеряют величины

Figure 00000020
,
Figure 00000021
и
Figure 00000022
соответственно, а датчик 39 - в четвертой степени подвижности исполнительного органа и измеряет величину
Figure 00000015
.Sensors 37, 27 and 9 are installed respectively in the first, second and third degrees of mobility of the executive body (see figure 2) and measure q 1 , q 2 and q 3, respectively. The sensors 23, 21 and 6 are also installed respectively in the first, second and third degrees of mobility of the executive body (see figure 2) and measure the values
Figure 00000020
,
Figure 00000021
and
Figure 00000022
respectively, and the sensor 39 - in the fourth degree of mobility of the Executive body and measures the value
Figure 00000015
.

Первый положительный вход сумматора 18 (со стороны блока 17) имеет коэффициент усиления r/iP, a его второй положительный вход - коэффициент усиления rm2/iP. В результате на выходе сумматора 18 формируется сигнал

Figure 00000023
на выходе блока 19 - сигнал
Figure 00000024
а на выходе блока 26 - сигнал
Figure 00000025
The first positive input of the adder 18 (from the side of block 17) has a gain r / i P , and its second positive input has a gain rm 2 / i P. As a result, at the output of the adder 18, a signal is generated
Figure 00000023
at the output of block 19 - signal
Figure 00000024
and at the output of block 26, a signal
Figure 00000025

Первый (со стороны блока 29) и второй положительные входы сумматора 30 соответственно имеют коэффициенты усиления rg/iP и m2rg/iP. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал rg(m2+mг)sin(q2)/iP.The first (from the side of block 29) and the second positive inputs of the adder 30, respectively, have gains rg / i P and m 2 rg / i P. As a result, the signal rg (m 2 + m g ) sin (q 2 ) / i P is formed at the output of this adder.

На выходе задатчика 32 формируется сигнал m2. Первый и второй положительные входы сумматора 33 имеют коэффициенты усиления r/iP. В результате на выходе блока 38 формируется сигнал

Figure 00000026
At the output of the setter 32, a signal m 2 is generated. The first and second positive inputs of the adder 33 have gains r / i P. As a result, a signal is generated at the output of block 38
Figure 00000026

Выходной сигнал релейного блока 10 имеет видThe output signal of the relay unit 10 has the form

Figure 00000027
Figure 00000027

где |MT| - величина момента сухого трения при движении.where | M T | - the value of the moment of dry friction during movement.

Первый положительный вход сумматора 11 (со стороны блока 10) имеет единичный коэффициент усиления, второй положительный (со стороны датчика 6) - коэффициент усиления

Figure 00000028
, третий (со стороны блока 19) и четвертый (со стороны блока 26) отрицательные, а также пятый (со стороны сумматора 30) и шестой положительные входы имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе сумматора 11 формируется сигнал
Figure 00000029
The first positive input of the adder 11 (from the side of unit 10) has a unity gain, the second positive (from the side of sensor 6) has a gain
Figure 00000028
, the third (from the side of block 19) and the fourth (from the side of block 26) are negative, as well as the fifth (from the side of adder 30) and sixth positive inputs have unity gain. As a result, a signal is generated at the output of the adder 11
Figure 00000029

Все входы сумматора 3 положительные. Его первый вход (со стороны блока 2) имеет коэффициент усиления

Figure 00000030
, второй вход (со стороны сумматора 11) - коэффициент усиления R/(КМКу), а третий (со стороны сумматора 1) - коэффициент усиления
Figure 00000031
All inputs of adder 3 are positive. Its first input (from the side of block 2) has a gain
Figure 00000030
, the second input (from the adder 11) is the gain R / (K M K y ), and the third (from the adder 1) is the gain
Figure 00000031

В результате на выходе сумматора 3 формируется сигналAs a result, a signal is generated at the output of adder 3

Figure 00000032
Figure 00000032

Несложно показать, что поскольку

Figure 00000033
при движении электропривода достаточно точно соответствует МСТР, то после подстановки полученного значения U* (3) в уравнение (2), уравнение (2) преобразуется в
Figure 00000034
, с постоянными желаемыми параметрами. То есть заявляемый электропривод, управляющий координатой q3, будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и показателями качества.It is easy to show that since
Figure 00000033
when the electric drive moves, it corresponds quite accurately to M MFR , then after substituting the obtained value U * (3) into equation (2), equation (2) is converted to
Figure 00000034
, with constant desired parameters. That is, the claimed electric drive controlling the coordinate q 3 will have constant desired dynamic properties and quality indicators.

Claims (1)

Электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене исполнительного органа робота, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные третий задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго косинусного функционального преобразователя, восьмой блок умножения, второй вход которого через третий косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу третьего датчика положения, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика ускорения, а выход - с шестым входом третьего сумматора. A robot electric drive comprising a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an electric motor connected in series with the first speed sensor directly and through a gearbox with a gear driving the rail fixed to the second telescopic link of the robot's actuator and the first sensor a position measuring the position of this second link relative to its horizontal axis of rotation, the relay unit and the third adder connected in series, the second input to The second one is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the second input of the first adder, and the output to the second input of the second adder, the third input of which is connected to the output of the first adder, the first signal adjuster is connected in series, the fourth adder, the second input of which is connected to the output the first position sensor and with the first input of the fifth adder connected by the second input to the input of the device, and the output to the first input of the first adder, the sixth adder, to the second input of which the second a signal adjuster, a second multiplication unit, a seventh adder, the second input of which is connected to the output of the fourth adder, and a third multiplication unit, the second input of which is connected through the first quadrator to the output of the second speed sensor, and the output to the third input of the third adder, and also the mass sensor the output of which is connected to the second inputs of the first and second multiplication units, connected in series with the third speed sensor, the fourth multiplication unit, the second quadrator and the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output the seventh adder, and the output to the fourth input of the third adder, the second position sensor, the first sine function converter, the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the first sine function converter, connected in series and the output goes to the fifth input of the third adder, the second input of the fourth multiplication block is connected to the output of the second position sensor through the second cosine functional converter I, characterized in that it additionally includes a third signal setter, a ninth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second cosine functional converter, the eighth multiplication unit, the second input of which through the third cosine functional converter connected to the output of the third position sensor, and the ninth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the output to the sixth input of the third adder.
RU2010109668/02A 2010-03-15 2010-03-15 Robot electric drive RU2424894C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010109668/02A RU2424894C1 (en) 2010-03-15 2010-03-15 Robot electric drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010109668/02A RU2424894C1 (en) 2010-03-15 2010-03-15 Robot electric drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2424894C1 true RU2424894C1 (en) 2011-07-27

Family

ID=44753435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010109668/02A RU2424894C1 (en) 2010-03-15 2010-03-15 Robot electric drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2424894C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488479C1 (en) * 2012-02-22 2013-07-27 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Robot electric drive

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488479C1 (en) * 2012-02-22 2013-07-27 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Robot 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
RU2489250C1 (en) Robot electric drive
RU2372638C1 (en) Self-tuning electric drive for manipulation robot
RU2424894C1 (en) Robot electric drive
RU2423225C1 (en) Robot electric drive
RU2562403C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulator
RU2325268C1 (en) Control of robotic machine drive
RU2425746C2 (en) Robot electrical drive
RU2359306C2 (en) Self-adapting electric drive of robot
RU2443543C1 (en) Manipulator electric drive
RU2398672C1 (en) Robot electric drive
RU2488480C1 (en) Robot electric drive
RU2488479C1 (en) Robot electric drive
RU2363972C2 (en) Robot self-adaptive electric drive
RU2478465C1 (en) Manipulator electric drive
RU2434736C1 (en) Robot electric drive
RU2606372C1 (en) Self-adjusting electric drive of manipulator
RU2345885C1 (en) Robot drive control device
RU2398671C1 (en) Robot electric drive
RU2705739C1 (en) Self-tuning electric manipulator drive
RU2380215C1 (en) Self-tuning electric drive of robot
RU2454695C1 (en) Manipulator drive
RU2565779C1 (en) Self-adjusting electric drive of manipulator

Legal Events

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

Effective date: 20120316