RU2434736C1 - Robot electric drive - Google Patents

Robot electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2434736C1
RU2434736C1 RU2010112149/02A RU2010112149A RU2434736C1 RU 2434736 C1 RU2434736 C1 RU 2434736C1 RU 2010112149/02 A RU2010112149/02 A RU 2010112149/02A RU 2010112149 A RU2010112149 A RU 2010112149A RU 2434736 C1 RU2434736 C1 RU 2434736C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
adder
multiplication unit
signal
Prior art date
Application number
RU2010112149/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010112149A (en
Inventor
Владимир Федорович Филаретов (RU)
Владимир Федорович Филаретов
Original Assignee
Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУДВО 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) (ИАПУДВО РАН) filed Critical Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУДВО РАН)
Priority to RU2010112149/02A priority Critical patent/RU2434736C1/en
Publication of RU2010112149A publication Critical patent/RU2010112149A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2434736C1 publication Critical patent/RU2434736C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: physics, robotics.
SUBSTANCE: invention relates to robotics and can be used in designing robot electric drives. The technical result is providing high dynamic accuracy of the electric drive with given degree of freedom of the actuating device of the robot. Due to use of a third position sensor, third and fourth function generators performing cos and sin functions respectively, ninth, tenth and eleventh multiplier units, as well as an acceleration sensor and corresponding connections, the invention ensures complete invariance of the electric drive to all applied instantaneous action.
EFFECT: invention enables to obtain stable, high quality of control in any operating mode of the robot electric drive.
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 adder a, connected to the output of the ninth adder, and the thirteenth multiplication block, the second input of which is connected to the output of the third acceleration sensor, and the output to the seventh input of the fourth adder (see 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.

Известно также устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый блок умножения и первый сумматор, последовательно подключенные усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, четвертый сумматор, первый квадратор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу третьего блока умножения, а выход - к первому входу пятого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика сигнала, а третьим входом - с выходом второго квадратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу шестого сумматора, соединенного выходом с первым входом четвертого блока умножения, а вторым входом - с выходом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика сигнала, выход третьего задатчика сигнала подключен к второму входу третьего сумматора, а выход второго датчика скорости соединен с вторым входом четвертого блока умножения, а также пятый блок умножения, седьмой сумматор и последовательно соединенные релейный блок и восьмой сумматор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, соединенного с входом усилителя, причем выход первого датчика скорости подключен к входу релейного блока, к второму входу восьмого сумматора и первому входу седьмого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора, первый вход пятого блока умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, второй вход - с выходом первого датчика скорости, а выход - с третьим входом восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик сигнала, одиннадцатый сумматор, вход которого соединен с выходом шестого сумматора, и восьмой блок умножения, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости и третий квадратор, выход которого соединен с вторым входом шестого блока умножения, последовательно соединенные третий датчик положения, второй усилитель и первый функциональный преобразователь, выход которого подключен к второму входу седьмого блока умножения, а второй вход восьмого блока умножения через второй функциональный преобразователь соединен с выходом третьего датчика положения (см. авт.свидетельство СССР №1764989, БИ №36, 1989 г.).A device for controlling a robot drive is also known, comprising a first multiplication unit and a first adder connected in series, an amplifier and a motor connected in series with the first speed sensor directly and through a gearbox to a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the second adder connected to the second input to device input, a second position sensor, a third adder, a fourth adder, a first quadrator and a second multiplication unit, connected in series to the second the course of which is connected to the output of the mass sensor and the first input of the third multiplication unit, and the output to the first input of the fifth adder connected by the second input to the output of the first signal generator, and the third input to the output of the second quadrator, the input of which is connected to the output of the third adder and the first the input of the sixth adder connected by the output to the first input of the fourth multiplication unit, and the second input to the output of the third multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fourth adder connected to the second input with the second signal generator, the output of the third signal generator is connected to the second input of the third adder, and the output of the second speed sensor is connected to the second input of the fourth multiplication unit, as well as the fifth multiplication unit, the seventh adder and the relay unit and the eighth adder connected in series, the output of which is connected to the second input of the first adder connected to the input of the amplifier, and the output of the first speed sensor is connected to the input of the relay unit, to the second input of the eighth adder and the first input of the seventh sum ora, the second input of which is connected to the output of the second adder, and the output - with the first input of the first multiplication unit connected by the second input to the output of the fifth adder, the first input of the fifth multiplication unit is connected to the output of the fourth multiplication unit, the second input - with the output of the first speed sensor, and the output is with the third input of the eighth adder, the fourth signal master, the ninth adder, the second input of which is connected to the output of the fifth adder, the sixth and seventh multiplication units and the tenth adder, the output of which the fifth is connected to the fourth input of the eighth adder, the fifth signal adjuster is connected in series, the eleventh adder, the input of which is connected to the output of the sixth adder, and the eighth multiplication unit, the output of which is connected to the second input of the tenth adder, the third speed sensor and the third quadrator are connected in series, the output of which connected to the second input of the sixth multiplication unit, a third position sensor, a second amplifier and a first functional converter, the output of which is connected in series is connected to the second input of the seventh multiplication block, and the second input of the eighth multiplication block is connected via the second functional converter to the output of the third position sensor (see USSR Authentication Certificate No. 1764989, BI No. 36, 1989).

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 блок умножения, первый сумматор, усилитель и электродвигатель, связанные 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, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика сигнала, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика сигнала, третий вход через второй квадратор - к выходу третьего сумматора, а выход - ко второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные третий блок умножения, первый вход которого соединен с выходом датчика массы, а второй вход - с выходом четвертого сумматора, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика скорости, и пятый блок умножения, седьмой сумматор, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, выход - к первому входу первого блока умножения, а второй вход - ко второму входу пятого блока умножения, выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и первому входу восьмого сумматора, второй вход которого подключен к выходу релейного блока, третий вход - к выходу пятого блока умножения, а выход - ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости и третий квадратор, выход которого подключен ко второму входу шестого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель и первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, выход которого подключен к второму входу седьмого блока умножения, а также последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos и подключенный входом к выходу первого датчика положения и входу второго усилителя, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом шестого сумматора, а выход - со вторым входом десятого сумматора, дополнительно вводятся последовательно соединенные третий датчик положения, третий функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, десятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика ускорения, и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого через четвертый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, подключен к выходу первого датчика положения, а выход - к пятому входу восьмого сумматора.The problem is solved in that in the electric drive of the robot containing the first multiplication unit, the first adder, the amplifier and the electric motor connected in series with the first speed sensor directly and through the gearbox with the first position sensor, the output of which is connected to the first input of the second adder connected to the second the input to the input of the device, the second position sensor connected in series, the third adder, the second input of which is connected to the output of the first signal setter, the fourth adder, W the swarm input of which is connected to the output of the second signal generator, 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 third signal generator, the third input through the second quadrator - to the output of the third adder and the output is to the second input of the first multiplication unit, the third multiplication unit is connected in series, the first input of which is connected to the output of the mass sensor, and the second input is with the output of the fourth adder, sixth adder, second input 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, and the fifth multiplication unit, the seventh adder, the first input of which is connected to the output of the second adder, the output - to the first input of the first multiplication unit, and the second input - to the second input of the fifth multiplication block, the output of the first speed sensor, the input of the relay block and the first input of the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the relay block, the third input is to the output of the fifth multiplication block, and you one - to the second input of the first adder, the fourth signal source, the ninth adder, the second input of which is connected to the output of the fifth adder, the sixth and seventh multiplication units and the tenth adder, the output of which is connected to the fourth input of the eighth adder, the third speed sensor connected in series and a third quadrator, the output of which is connected to the second input of the sixth multiplication unit, the second amplifier and the first functional converter implementing the sin function, connected in series, the output of which is connected to the second input of the seventh multiplication unit, as well as a second functional converter that implements the cos function and is connected by an input to the output of the first position sensor and the input of the second amplifier, and the eighth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sixth adder, and the output - with the second input of the tenth adder, a third position sensor, a third functional converter that implements the cos function, the ninth block is multiplied ia, the second input of which is connected to the output of the sixth adder, the tenth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the eleventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first position sensor through the fourth functional converter that implements the sin function, and the output - to the fifth input of the eighth adder.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствуют 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 indicate 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 блок 1 умножения, первый сумматор 2, усилитель 3 и электродвигатель 4, связанные 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, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика 11 сигнала, четвертый сумматор 12, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика 13 сигнала, первый квадратор 14, второй блок 15 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 16 массы, и пятый сумматор 17, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика 18 сигнала, третий вход через второй квадратор 19 - к выходу третьего сумматора 10, а выход - ко второму входу первого блока умножения 1, последовательно соединенные третий блок 20 умножения, первый вход которого соединен с выходом датчика 16 массы, а второй вход - с выходом четвертого сумматора 12, шестой сумматор 21, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора 10, четвертый блок 22 умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика 23 скорости, и пятый блок 24 умножения, седьмой сумматор 25, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора 8, выход - к первому входу первого блока 1 умножения, а второй вход - ко второму входу пятого блока 24 умножения, выходу первого датчика 5 скорости, входу релейного блока 26 и первому входу восьмого сумматора 27, второй вход которого подключен к выходу релейного блока 26, третий вход - к выходу пятого блока 24 умножения, а выход - ко второму входу первого сумматора 2, последовательно соединенные четвертый задатчик 28 сигнала, девятый сумматор 29, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора 17, шестой 30 и седьмой 31 блоки умножения и десятый сумматор 32, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные третий датчик 33 скорости и третий квадратор 34, выход которого подключен ко второму входу шестого блока 30 умножения, последовательно соединенные второй усилитель 35 и первый функциональный преобразователь 36, реализующий функцию sin, выход которого подключен к второму входу седьмого блока 31 умножения, а также последовательно соединенные второй функциональный преобразователь 37, реализующий функцию cos и подключенный входом к выходу первого датчика 7 положения и входу второго усилителя 35, и восьмой блок 38 умножения, второй вход которого соединен с выходом шестого сумматора 21, а выход - со вторым входом десятого сумматора 32, последовательно соединенные третий датчик 39 положения, третий функциональный преобразователь 40, реализующий функцию cos, девятый блок 41 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 21, десятый блок 42 умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика 43 ускорения, и одиннадцатый блок 44 умножения, второй вход которого через четвертый функциональный преобразователь 45, реализующий функцию sin, подключен к выходу первого датчика 7 положения, а выход - к пятому входу восьмого сумматора 27. Объект управления 46.The robot electric drive contains in series the first multiplication unit 1, the first adder 2, the amplifier 3 and the electric motor 4, connected directly with the first speed sensor 5 and through the reducer 6 to the first position sensor 7, the output of which is connected to the first input of the second adder 8 connected to the second the input to the input of the device, the second position sensor 9, the third adder 10, the second input of which is connected to the output of the first signal setter 11, the fourth adder 12, the second input of which is connected in series the output of the second signal master 13, the first quadrator 14, the second multiplication unit 15, the second input of which is connected to the output of the mass sensor 16, and the fifth adder 17, the second input of which is connected to the output of the third signal master 18, the third input through the second quadrator 19 - to the output the third adder 10, and the output is to the second input of the first multiplication unit 1, the third multiplication unit 20 is connected in series, the first input of which is connected to the output of the mass sensor 16, and the second input is the output of the fourth adder 12, the sixth adder 21, the second input of which 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, and the fifth multiplication unit 24, the seventh adder 25, the first input of which is connected to the output of the second adder 8, the output - to the first input of the first block 1 of the multiplication, and the second input to the second input of the fifth block 24 of the multiplication, the output of the first speed sensor 5, the input of the relay block 26 and the first input of the eighth adder 27, the second input of which is connected to the output of the relay block 26, the third input to the output of the fifth block 24 mind Then the output goes to the second input of the first adder 2, the fourth signal master 28, the ninth adder 29, the second input of which is connected to the output of the fifth adder 17, the sixth 30 and the seventh 31 multiplication blocks and the tenth adder 32, the output of which is connected to the fourth the input of the eighth adder 27, the third speed sensor 33 and the third quadrator 34 connected in series, the output of which is connected to the second input of the sixth multiplication unit 30, the second amplifier 35 and the first functional converter connected in series a driver 36 that implements the sin function, the output of which is connected to the second input of the seventh multiplication unit 31, as well as a second function converter 37, which implements the cos function and is connected by an input to the output of the first position sensor 7 and the input of the second amplifier 35, and the eighth multiplier 38 the second input of which is connected to the output of the sixth adder 21, and the output to the second input of the tenth adder 32, the third position sensor 39, the third functional converter 40 that implements the function are connected in series cos, the ninth multiplication block 41, the second input of which is connected to the output of the sixth adder 21, the tenth multiplying block 42, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor 43, and the eleventh multiplying block 44, the second input of which through the fourth functional converter 45, implements the sin function is connected to the output of the first position sensor 7, and the output to the fifth input of the eighth adder 27. Control object 46.

На фиг.1 и 2 введены следующие обозначения: qBX - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки привода; U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 4; q1, q2, q3, q4 - соответствующие обобщенные кординаты 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 drive error signal; U * , U - respectively, the amplified signal and the control signal of the motor 4; 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 is the distance from the center of mass of the second link to the midpoint of the grip.

В изобретении рассматривается электропривод, который обеспечивает вращение относительно горизонтальной оси (координата q2) звена исполнительного органа робота типа «Юнимент» (см. фиг.2).The invention considers an electric drive that provides rotation about a horizontal axis (q 2 coordinate) of a link of an executive organ of the Uniment type robot (see FIG. 2).

Устройство работает следующим образом. На вход электропривода подается управляющее воздействие qBX, обеспечивающее требуемый закон его управления. При этом на выходе сумматора 8 вырабатывается сигнал ошибки ε, который после коррекции в блоках 1, 2, 25, усиливаясь, поступает на электродвигатель 4, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала ε, моментов трения и внешнего моментного воздействия МВ.The device operates as follows. A control action q BX is applied to the input of the electric drive, providing the required law of its control. In this case, at the output of adder 8, an error signal ε is generated, which, after correction in blocks 1, 2, 25, amplifies, enters the electric motor 4, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration), depending on the magnitude of the incoming signal ε, friction moments and external impact torque MV.

Рассматриваемый 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 работы электропривода и даже приводит к потере его устойчивости. Моментные характеристики электропривода зависят от изменения координат q1, q2, q3,

Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000004
, mГ. В связи с этим для качественного управления координатой q2 необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q1, q2, q3,
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000004
, а также переменной массы груза mГ на динамические свойства рассматриваемого электропривода.The electric drive under consideration 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 the loss of its stability. The moment characteristics of the electric drive depend on a change in coordinates q 1 , q 2 , q 3 ,
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000004
, m G. In this regard, for quality control of the coordinate q 2 it is necessary to accurately compensate for the negative impact of changes in coordinates q 1 , q 2 , q 3 ,
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000004
, as well as a variable mass of cargo m G on the dynamic properties of the drive in question.

Датчики 39, 7 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 33, 5 и 23 также установлены соответственно в первой, второй и третьей степенях подвижности исполнительного органа (см. фиг.2) и измеряют величины

Figure 00000001
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
соответственно, а датчик 43 - в четвертой степени подвижности исполнительного органа и измеряет величину
Figure 00000008
Sensors 39, 7 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 33, 5 and 23 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 00000001
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
respectively, and the sensor 43 in the fourth degree of mobility of the Executive body and measures the value
Figure 00000008

Первый положительный вход сумматора 25 (со стороны сумматора 8) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход -коэффициент усиления Kω/Ky. В результате на выходе сумматора 25 формируется сигнал

Figure 00000009
.The first positive input of the adder 25 (from the side of the adder 8) has a unity gain, and its second negative input has a gain K ω / K y . As a result, a signal is generated at the output of adder 25
Figure 00000009
.

Положительные входы сумматоров 10 и 12 имеют единичные коэффициенты усиления. Задатчик 11 вырабатывает сигнал

Figure 00000010
, а задатчик 13 - сигнал l2. В результате на выходе сумматора 10 формируется сигнал
Figure 00000011
, на выходе сумматора 12 - сигнал
Figure 00000012
, на выходе блока 15 - сигнал
Figure 00000013
, а на выходе квадратора 19 - сигнал
Figure 00000014
.The positive inputs of the adders 10 and 12 have unity gain. The setter 11 generates a signal
Figure 00000010
and the setter 13 is the signal l 2 . As a result, a signal is generated at the output of the adder 10
Figure 00000011
, at the output of adder 12 - signal
Figure 00000012
at the output of block 15 is a signal
Figure 00000013
, and at the output of the quadrator 19 is a signal
Figure 00000014
.

С выхода задатчика 18 на второй положительный вход сумматора 17, имеющий единичный коэффициент усиления, поступает сигнал, равный

Figure 00000015
, где J - момент инерции якоря электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу электродвигателя; JN2 - момент инерции второго звена исполнительного органа робота относительно поперечной оси, проходящей через его центр масс, a ip - передаточное отношение редуктора 6. Поскольку первый (со стороны блока 15) и третий (со стороны квадратора 19) положительные входы этого сумматора соответственно имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный m2, то на его выходе формируется сигнал
Figure 00000016
, а на выходе блока 1 - сигнал
Figure 00000017
.From the output of the setter 18 to the second positive input of the adder 17 having a unity gain, a signal equal to
Figure 00000015
where J is the moment of inertia of the armature of the motor and the rotating parts of the gearbox, brought to the shaft of the motor; J N2 is the moment of inertia of the second link of the robot's actuator relative to the transverse axis passing through its center of mass, and ai p is the gear ratio of gear 6. Since the first (from block 15) and third (from quadrator 19), the positive inputs of this adder respectively unit gain and gain equal to m 2 , then a signal is generated at its output
Figure 00000016
, and at the output of block 1 - a signal
Figure 00000017
.

На выходе блока 20 формируется сигнал

Figure 00000018
. Второй положительный вход сумматора 21 (со стороны сумматора 10) имеет коэффициент усиления 2m3, а его первый положительный вход - коэффициент усиления 2. В результате на выходе блока 22 формируется сигнал
Figure 00000019
а на выходе блока 24 - сигнал
Figure 00000020
.At the output of block 20, a signal is generated
Figure 00000018
. The second positive input of the adder 21 (from the adder 10 side) has a gain of 2m 3 , and its first positive input has a gain of 2. As a result, a signal is generated at the output of block 22
Figure 00000019
and at the output of block 24, a signal
Figure 00000020
.

Поскольку на выходе сумматора 21 формируется сигнал

Figure 00000021
то на выходе блока 38 появится сигнал
Figure 00000022
а на выходе блока 44 - сигнал
Figure 00000023
Since the output of the adder 21 a signal is generated
Figure 00000021
then at the output of block 38 a signal appears
Figure 00000022
and at the output of block 44, a signal
Figure 00000023

Задатчик 28 вырабатывает сигнал

Figure 00000024
, где Js2 - момент инерции второго звена исполнительного органа относительно его продольной оси. Первый отрицательный (со стороны задатчика 28) и второй положительный входы сумматора 29 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал
Figure 00000025
.The setter 28 generates a signal
Figure 00000024
where J s2 is the moment of inertia of the second link of the executive body relative to its longitudinal axis. The first negative (from the side of the setter 28) and the second positive inputs of the adder 29 have unity gain. As a result, a signal is generated at its output.
Figure 00000025
.

Усилитель 35 имеет коэффициент усиления 2. В результате на выходе блока 31 формируется сигнал

Figure 00000026
The amplifier 35 has a gain of 2. As a result, a signal is generated at the output of block 31
Figure 00000026

Первый положительный вход сумматора 32 (со стороны блока 31) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления g/2, где g - ускорение свободного падения. В результате на выходе этого сумматора формируется сигналThe first positive input of the adder 32 (from the side of block 31) has a unity gain, and its second positive input has a gain of g / 2, where g is the gravitational acceleration. As a result, a signal is generated at the output of this adder

Figure 00000027
Figure 00000027

Выходной сигнал релейного блока 26 имеет видThe output signal of the relay block 26 has the form

Figure 00000028
Figure 00000028

где MT - величина момента сухого трения при движении.where M T is the magnitude of the dry friction moment in motion.

Первый (со стороны датчика 5), второй (со стороны блока 26), третий (со стороны блока 24), четвертый (со стороны сумматора 32) положительные и пятый отрицательный входы сумматора 27 имеют коэффициенты усиления:

Figure 00000029
, единичный,
Figure 00000030
, l/iP, l/iP соответственно, где R - активное сопротивление якорной цепи электродвигателя, KM - коэффициент крутящего момента, Kω - коэффициент противо-ЭДС, KB - коэффициент вязкого трения. В результате на выходе сумматора 27 формируется сигнал
Figure 00000031
.The first (from the side of the sensor 5), the second (from the side of block 26), the third (from the side of block 24), the fourth (from the side of adder 32), the positive and fifth negative inputs of the adder 27 have gains:
Figure 00000029
single
Figure 00000030
, l / i P , l / i P, respectively, where R is the active resistance of the motor armature chain, K M is the torque coefficient, K ω is the counter-emf coefficient, K B is the coefficient of viscous friction. As a result, at the output of the adder 27, a signal is generated
Figure 00000031
.

Первый (со стороны блока 1) и второй положительные входы сумматора 2 имеют коэффициенты усиления

Figure 00000032
, R/(KMKy) соответственно, где Ky - коэффициент усиления усилителя 3, JH - номинальное значение момента инерции, приведенного к валу электродвигателя. В результате на выходе этого сумматора формируется сигналThe first (from the side of block 1) and the second positive inputs of the adder 2 have gains
Figure 00000032
, R / (K M K y ), respectively, where K y is the gain of the amplifier 3, J H is the nominal value of the moment of inertia reduced to the motor shaft. As a result, a signal is generated at the output of this adder

Figure 00000033
Figure 00000033

На основе уравнений Лагранжа II рода с учетом уже введенных обозначений можно записать моментное воздействие на выходной вал электропривода, управляющего координатой q2, при движении исполнительного органа робота (см. фиг.2) с грузом в виде:Based on the Lagrange equations of the second kind, taking into account the notation already entered, it is possible to record the momentary effect on the output shaft of the electric drive controlling the coordinate q 2 when the robot's executive body moves (see figure 2) with a load in the form:

Figure 00000034
Figure 00000034

С учетом соотношения (2), а также уравнений электрической

Figure 00000035
и механической
Figure 00000036
цепей электродвигателя 4 постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q2, можно описать дифференциальным уравнениемTaking into account relation (2), as well as the equations of electric
Figure 00000035
and mechanical
Figure 00000036
circuits of a DC motor 4 with permanent magnets or of independent excitation, the considered electric drive controlling the coordinate q 2 can be described by the differential equation

Figure 00000037
Figure 00000037

где МСТР - момент сухого трения на валу электродвигателя; i - ток якоря.where M STR - the moment of dry friction on the shaft of the electric motor; i is the armature current.

Из формулы (3) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, и параметры электропривода, управляющего координатой q2, являются существенно переменными, зависящими от величин q1, q2, q3,

Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000004
, mГ. В результате в процессе работы указанного электропривода меняются (и притом существенно) его динамические свойства. Таким образом, для реализации поставленной задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры этого электропривода так, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.From the formula (3) it can be seen that the parameters of this equation, and therefore the parameters of the electric drive controlling the coordinate q 2 , are essentially variable, depending on the quantities q 1 , q 2 , q 3 ,
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000004
, m G. As a result, during the operation of the specified electric drive, its dynamic properties change (and, moreover, significantly). Thus, for the implementation of the task it is necessary 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.

Поскольку при движении электропривода

Figure 00000038
достаточно точно соответствует МСТР, то сигнал (1), как несложно убедиться, обеспечивает превращение уравнения (3) с существенно переменными параметрами в уравнение
Figure 00000039
с постоянными параметрами, обеспечивающими электроприводу заданные динамические свойства и показатели качества за счет соответствующего выбора величин JH и Ky.Because when driving an electric drive
Figure 00000038
quite accurately corresponds to M STR , then the signal (1), as you can easily see, ensures the transformation of equation (3) with substantially variable parameters into the equation
Figure 00000039
with constant parameters providing the drive with specified dynamic properties and quality indicators due to the appropriate choice of the values of J H and K y .

Claims (1)

Электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения, первый сумматор, усилитель и электродвигатель, связанные 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, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика сигнала, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика сигнала, третий вход через второй квадратор - к выходу третьего сумматора, а выход - ко второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные третий блок умножения, первый вход которого соединен с выходом датчика массы, а второй вход - с выходом четвертого сумматора, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика скорости, и пятый блок умножения, седьмой сумматор, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, выход - к первому входу первого блока умножения, а второй вход - ко второму входу пятого блока умножения, выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и первому входу восьмого сумматора, второй вход которого подключен к выходу релейного блока, третий вход - к выходу пятого блока умножения, а выход - ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости и третий квадратор, выход которого подключен ко второму входу шестого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель и первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, выход которого подключен к второму входу седьмого блока умножения, а также последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos и подключенный входом к выходу первого датчика положения и входу второго усилителя, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом шестого сумматора, а выход - со вторым входом десятого сумматора, отличающийся тем, что он снабжен последовательно соединенными третьим датчиком положения, третьим функциональным преобразователем, реализующим функцию cos, девятым блоком умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, десятым блоком умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика ускорения, и одиннадцатым блоком умножения, второй вход которого через четвертый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, подключен к выходу первого датчика положения, а выход - к пятому входу восьмого сумматора. The electric drive of the robot, containing the first multiplication unit, the first adder, the amplifier and the electric motor connected in series with the first speed sensor directly and through the gearbox, with 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, connected in series a second position sensor, a third adder, the second input of which is connected to the output of the first signal setter, a fourth adder, the second input of which is connected to the W output horn of the signal setter, 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 third signal setter, the third input through the second quadrator to the output of the third adder, and the output to the second the input of the first multiplication unit, the third multiplication unit connected in series, the first input of which is connected to the output of the mass sensor, and the second input to the output of the fourth adder, the sixth adder, the second input of which is connected to the output of the third a fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor, and a fifth multiplication unit, a seventh adder, the first input of which is connected to the output of the second adder, the output - to the first input of the first multiplication unit, and the second input - to the second input of the fifth multiplication unit, the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the first input of the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the relay unit, the third input to the output of the fifth multiplication unit, and the output to the second input of the first adder, a fourth signal adjuster, a ninth adder, the second input of which is connected to the output of the fifth adder, a sixth and seventh multiplication unit and a tenth adder, the output of which is connected to the fourth input of the eighth adder, the third speed sensor and the third quadrator in series, the output of which is connected to the second the input of the sixth multiplication unit, the second amplifier and the first functional converter that implements the sin function, the output of which is connected to the second input, are connected in series the seventh multiplication unit, as well as the second functional converter that implements the cos function and is connected by an input to the output of the first position sensor and the input of the second amplifier, and the eighth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sixth adder, and the output to the second input of the tenth adder , characterized in that it is equipped with a third position sensor connected in series, a third functional converter that implements the cos function, the ninth multiplication unit, the second input of which connected to the output of the sixth adder, the tenth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the eleventh multiplication unit, the second input of which through the fourth functional converter that implements the sin function, is connected to the output of the first position sensor, and the output to the fifth input eighth adder.
RU2010112149/02A 2010-03-29 2010-03-29 Robot electric drive RU2434736C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010112149/02A RU2434736C1 (en) 2010-03-29 2010-03-29 Robot electric drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010112149/02A RU2434736C1 (en) 2010-03-29 2010-03-29 Robot electric drive

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010112149A RU2010112149A (en) 2011-10-10
RU2434736C1 true RU2434736C1 (en) 2011-11-27

Family

ID=44804608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010112149/02A RU2434736C1 (en) 2010-03-29 2010-03-29 Robot electric drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2434736C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2489250C1 (en) * 2012-02-22 2013-08-10 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
RU2489250C1 (en) * 2012-02-22 2013-08-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) Robot electric drive

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010112149A (en) 2011-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2372186C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulation robot
RU2489250C1 (en) Robot electric drive
RU2423224C2 (en) Robot electric drive
RU2593735C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulation robot
RU2434736C1 (en) Robot electric drive
RU2423225C1 (en) Robot electric drive
RU2608005C1 (en) Self-adjusting electric drive of manipulator
RU2372638C1 (en) Self-tuning electric drive for manipulation robot
RU2562403C1 (en) Self-tuning electric drive of manipulator
RU2312007C1 (en) Robot drive control apparatus
RU2488480C1 (en) Robot electric drive
RU2425746C2 (en) Robot electrical drive
RU2606372C1 (en) Self-adjusting electric drive of manipulator
RU2398672C1 (en) Robot electric drive
RU2424894C1 (en) Robot electric drive
RU2359306C2 (en) Self-adapting electric drive of robot
RU2335389C2 (en) Robot drive control device
RU2705734C1 (en) Self-tuning electric manipulator drive
RU2453893C1 (en) Manipulator electric drive
RU2478465C1 (en) Manipulator electric drive
RU2399479C1 (en) Robot electric drive
RU2488479C1 (en) Robot electric drive
RU2380215C1 (en) Self-tuning electric drive of robot
RU2345885C1 (en) Robot drive control device
RU2577204C2 (en) Self-electric manipulator

Legal Events

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

Effective date: 20120330