RU2443543C1 - Manipulator electric drive - Google Patents
Manipulator electric drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2443543C1 RU2443543C1 RU2010145655/02A RU2010145655A RU2443543C1 RU 2443543 C1 RU2443543 C1 RU 2443543C1 RU 2010145655/02 A RU2010145655/02 A RU 2010145655/02A RU 2010145655 A RU2010145655 A RU 2010145655A RU 2443543 C1 RU2443543 C1 RU 2443543C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- adder
- sensor
- multiplication unit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании систем управления приводами роботов.The invention relates to robotics and can be used to create robot drive control systems.
Известно устройство для управления приводом робота, содержащее 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 горизонтальном звене робота, и движок первого датчика положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтального звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и первому входу первого сумматора, а выход - к второму входу второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик постоянного сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения, пятый сумматор, к второму входу которого подключен второй задатчик постоянного сигнала, второй блок умножения и шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, а выход - к первому входу третьего блока умножения, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход которого подключен ко второму входу третьего блока умножения, а также датчик массы, выход которого подключен к вторым входам первого и второго блоков умножения, и седьмой сумматор, первый вход которого является входом устройства, второй подключен к выходу первого датчика положения, а выход соединен с вторым входом первого сумматора, последовательно соединенные первый датчик ускорения, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика скорости и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, а также последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу квадратора, и седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, а выход - к третьему входу восьмого сумматора, последовательно соединенные третий датчик ускорения, дифференциатор, восьмой и девятый блоки умножения, и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, измеряющий угол поворота вертикального звена, синусный функциональный преобразователь, девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора и второму входу восьмого блока умножения, и десятый блок умножения, выход которого подключен к пятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные одиннадцатый блок умножения, первый вход которого подключен ко второму входу десятого блока умножения и выходу третьего датчика ускорения, а его второй вход - к выходу второго датчика скорости, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого через косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, и двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, а его выход - ко второму входу десятого сумматора, причем второй вход девятого блока умножения соединен с выходом синусного функционального преобразователя (см. патент РФ №2227316, БИ №11, 2004).A device for controlling a robot drive is known, comprising 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 a gearbox with a gear driving a rail fixed motionlessly on the horizontal link of the robot, and an engine the first position sensor mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, sequentially connected a relay unit and a third adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the first 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 constant signal generator connected in series , a fourth adder, the second input of which is connected to the output of the first position sensor, a fifth adder, to the second input of which a second constant signal generator, a second multiplication unit and a sixth adder are connected OP, the second input of which is connected to the output of the fourth adder, and the output is to the first input of the third multiplication unit, the output of which is connected to the third input of the third adder, the second speed sensor and the quadrator connected in series, the output of which is connected to the second input of the third multiplication unit, and the mass sensor, the output of which is connected to the second inputs of the first and second multiplication units, and the seventh adder, the first input of which is the input of the device, the second is connected to the output of the first position sensor, and the output from is dined with the second input of the first adder, the first acceleration sensor, the fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sixth adder, the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor and the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor, and the output to the fourth input of the third adder, as well as sequentially connected to the third constant signal generator, the ninth adder, the second input of which is connected to the sensor output masses, the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the quadrator, and the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, and the output - to the third input of the eighth adder, the third acceleration sensor, differentiator, eighth and ninth blocks connected in series multiplication, and the tenth adder, the output of which is connected to the fourth input of the eighth adder, a second position sensor measuring the angle of rotation of the vertical link in series, a sine functional conversion The driver, the ninth multiplication block, the second input of which is connected to the output of the ninth adder and the second input of the eighth multiplication block, and the tenth multiplication block, the output of which is connected to the fifth input of the third adder, the eleventh multiplication block connected in series, the first input of which is connected to the second input of the tenth block multiplication and the output of the third acceleration sensor, and its second input to the output of the second speed sensor, the eleventh multiplication unit, the second input of which is through the cosine functional converter connected to the output of the second position sensor, and the twelfth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the ninth adder, and its output is connected to the second input of the tenth adder, and the second input of the ninth multiplication unit is connected to the output of the sine function converter (see RF patent No. 2227316, BI No. 11, 2004).
Недостатком этого устройства является то, что оно эффективно только для исполнительного органа робота, имеющего четыре степени подвижности (выдвижение руки, поворот вертикальной стойки, вертикальное перемещение руки и одно горизонтальное перемещение всего манипулятора). Однако при этих четырех степенях подвижности у манипулятора мала рабочая зона (зона обслуживания). При введении еще одной пятой степени подвижности для перемещения манипулятора в горизонтальной плоскости в рассматриваемом приводе появляются дополнительные возмущающие моментные воздействия, значительно ухудшающие его показатели качества. В результате возникает задача компенсации этих вредных дополнительных моментных воздействий за счет введения дополнительных сигналов коррекции.The disadvantage of this device is that it is effective only for the executive body of the robot, which has four degrees of mobility (arm extension, rotation of the vertical arm, vertical movement of the arm and one horizontal movement of the entire manipulator). However, with these four degrees of mobility, the manipulator has a small working area (service area). With the introduction of another fifth degree of mobility to move the manipulator in a horizontal plane, additional perturbing moment effects appear in the drive in question, significantly worsening its quality indicators. As a result, the task arises of compensating for these harmful additional momentary effects by introducing additional correction signals.
Известен также самонастраивающийся 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, для приведения в движение рейки, закрепленной неподвижно на горизонтальном звене манипулятора и движок первого датчика положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтально звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, пятый сумматор, к второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, шестой сумматор и третий блок умножения, а также датчик массы, причем выход первого датчика положения соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к входу электропривода, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен со вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, выходом подключенного к третьему входу третьего сумматора, выход датчика массы соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, 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, последовательно соединенные второй датчик положения, синусный функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, и пятый блок умножения, выход которого соединен с четвертым входом третьего сумматора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а выход - ко второму входу пятого блока умножения, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, и седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к пятому входу третьего сумматора (см. патент РФ №2394674, БИ №20, 2010).A self-adjusting robot electric drive is also known, containing a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an electric motor connected directly to the first speed sensor and via a gear with a gear to drive the rack fixed to the horizontal link of the manipulator and the engine the first position sensor mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, the relay unit and the third adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the second input of the first adder, are connected in series with the first signal master, the fourth adder, the fifth adder, the second input of which is connected to the second input, the second block multiplication, the sixth adder and the third unit of multiplication, as well as a mass sensor, and the output of the first position sensor is connected to the first input of the seventh adder connected to the input of the drive by the second input ode, 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 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 of the third adder, the output of the mass sensor connected to the second inputs of the first and second blocks of multiplication, 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 the first adder is connected to the third input of the second adder, a second position sensor, a sine function converter, a fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor, and a fifth multiplier, the output of which is connected to the fourth input of the third adder, are connected in series to the third the signal adjuster and the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the output to the second input of the fifth multiplication unit, is connected in series a cosine functional converter whose input is connected to the output of the second position sensor, a sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor, and a seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the eighth adder, and the output to the fifth input of the third adder (cm. RF patent No. 2394674, BI No. 20, 2010).
Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению. Недостатком этого устройства является то, что в нем не учитывается, считаясь малой, электрическая постоянная времени рассматриваемого электродвигателя манипулятора. При учете указанной постоянной времени в этом электродвигателе появляются дополнительные возмущающие моментные воздействия, значительно ухудшающие его показатели качества. В результате возникает задача компенсации этих вредных дополнительных моментных воздействий за счет введения дополнительных сигналов коррекции.This device in its technical essence is the closest to the proposed solution. The disadvantage of this device is that it does not take into account, being considered small, the electric time constant of the considered manipulator motor. When this time constant is taken into account, additional perturbing moment effects appear in this electric motor, which significantly worsen its quality indicators. As a result, the task arises of compensating for these harmful additional momentary effects by introducing additional correction signals.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении манипулятора по всем пяти рассматриваемым степеням подвижности и тем самым повышение динамической точности его управления.The task to which the claimed technical solution is directed is to ensure the complete invariance of the dynamic properties of the electric drive to continuous and rapid changes in its dynamic moment load characteristics when the manipulator moves along all five degrees of mobility under consideration and thereby increase the dynamic accuracy of its control.
Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение дополнительного моментного воздействия, компенсирующего вредное моментное воздействие со стороны остальных степеней подвижности на качественные показатели работы рассматриваемого электропривода с учетом электрической постоянной времени электродвигателя.The technical result that can be obtained by implementing the claimed technical solution is expressed in the formation of an additional control signal supplied to the input of the electric drive, which provides additional momentary impact, compensating for the harmful momentary effect from the remaining degrees of mobility on the quality performance of the considered electric drive taking into account the electric motor time constant.
Поставленная задача решается тем, что в электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, для приведения в движение рейки, закрепленной неподвижно на горизонтальном звене манипулятора и движок первого датчика положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтально звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, пятый сумматор, к второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, шестой сумматор и третий блок умножения, а также датчик массы, причем выход первого датчика положения соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к входу электропривода, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен со вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, выходом подключенного к третьему входу третьего сумматора, выход датчика массы соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, 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, последовательно соединенные второй датчик положения, синусный функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, и пятый блок умножения, выход которого соединен с четвертым входом третьего сумматора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а выход - ко второму входу пятого блока умножения, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, и седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к пятому входу третьего сумматора, дополнительно введены последовательно соединенные восьмой блок умножения, девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого дифференциатора, девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу косинусного функционального преобразователя, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу десятого блока умножения, первый и второй входы которого подключены к выходам квадратора и первого датчика скорости, и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к четвертому входу второго сумматора, последовательно соединенные второй дифференциатор, вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения и первому входу восьмого блока умножения, одиннадцатый сумматор, второй вход которого через двенадцатый блок умножения подключен к выходу второго датчика ускорения и входу первого дифференциатора, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу синусного функционального преобразователя, а выход к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик ускорения, четырнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости и вторым входам восьмого и двенадцатого блоков умножения, и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к пятому входу второго сумматора, а также четвертый датчик ускорения, вход которого механически связан с выходным валом редуктора, а выход подключен к шестому входу второго сумматора.The problem is solved in that in the electric drive of the manipulator, containing a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an electric motor connected to the first speed sensor directly and through a gear with a gear, to drive the rack fixed stationary on a horizontal the link of the manipulator and the engine of the first position sensor mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, sequentially connected relay block and a third adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay block and the second input of the first adder, the first signal master, the fourth adder, the fifth adder, the second input of which is connected to the second input, the second block multiplication, the sixth adder and the third unit of multiplication, as well as a mass sensor, and 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 e the drive, 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 a quadrator connected in series, the output of which is connected to the second input of the third multiplication unit, the output connected to the third input of the third adder, the output of the mass sensor connected to the second inputs of the first and second multiplication units, 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, a second position sensor, a sine function converter, a fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor, and a fifth multiplication unit, the output of which is connected to the fourth input of the third adder, connected in series the third signal adjuster and the eighth adder are connected in series, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the output to the second input of the fifth multiplication unit, in series connected by a cosine functional converter, the input of which is connected to the output of the second position sensor, a sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor, and a seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the eighth adder, and the output to the fifth input of the third adder additionally introduced are the eighth multiplication unit connected in series, the ninth adder, the second input of which is connected to the output of the first differentiator, the ninth multiplication unit, the second input of which The tenth adder, the second input of which is connected to the output of the tenth multiplication block, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the quadrator and the first speed sensor, and the eleventh multiplication block, the second input of which is connected to the output of the eighth adder, is connected to the output of the cosine functional converter - to the fourth input of the second adder, a second differentiator connected in series, the input of which is connected to the output of the first acceleration sensor and the first input of the eighth multiplication unit, eleven the third adder, the second input of which through the twelfth multiplication unit is connected to the output of the second acceleration sensor and the input of the first differentiator, and the thirteenth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the sine function converter, and the output to the third input of the tenth adder, connected in series with the third acceleration sensor, the fourteenth multiplication block, the second input of which is connected to the output of the second speed sensor and the second inputs of the eighth and twelfth multiplication blocks, and the fifteenth multiplication block the second input of which is connected to the output of the sixth adder, and the output to the fifth input of the second adder, as well as the fourth acceleration sensor, the input of which is mechanically connected to the output shaft of the gearbox, and the output is connected to the sixth input of the second 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 рассматриваемого электропривода манипулятора в условиях существенного изменения параметров его нагрузки.Moreover, the distinctive features of the claims provide high accuracy and stability of the considered manipulator electric drive under conditions of a significant change in its load parameters.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого электропривода манипулятора, на фиг.2 - его кинематическая схема, а на фиг.3 - вид сверху в проекции на горизонтальную плоскость XY.Figure 1 presents a diagram of the proposed electric manipulator, figure 2 is its kinematic diagram, and figure 3 is a top view in projection on a horizontal plane XY.
Электропривод манипулятора 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, для приведения в движение рейки, закрепленной неподвижно на горизонтальном звене манипулятора и движок первого датчика 9 положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтально звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок 10 и третий сумматор 11, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, входу релейного блока 10 и второму входу первого сумматора 1, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала, четвертый сумматор 13, пятый сумматор 14, к второму входу которого подключен второй задатчик 15 сигнала, второй блок 16 умножения, шестой сумматор 17 и третий блок 18 умножения, а также датчик 19 массы, причем выход первого датчика 9 положения соединен с первым входом седьмого сумматора 20, подключенного вторым входом к входу электропривода, а выходом - к первому входу первого сумматора 1, выход третьего сумматора 11 соединен со вторым входом второго сумматора 3, последовательно соединенные второй датчик 21 скорости и квадратор 22, выход которого соединен с вторым входом третьего блока 18 умножения, выходом подключенного к третьему входу третьего сумматора 11, выход датчика 19 массы соединен с вторыми входами первого 2 и второго 16 блоков умножения, выход первого датчика 9 положения соединен с вторым входом четвертого сумматора 13, выход которого подключен к второму входу шестого сумматора 17, а выход первого сумматора 1 соединен с третьим входом второго сумматора 3, последовательно соединенные второй датчик 23 положения, синусный функциональный преобразователь 24, четвертый блок 25 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 26 ускорения, и пятый блок 27 умножения, выход которого соединен с четвертым входом третьего сумматора 11, последовательно соединенные третий задатчик 28 сигнала и восьмой сумматор 29, второй вход которого подключен к выходу датчика 19 массы, а выход - ко второму входу пятого блока 27 умножения, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь 30, вход которого подключен к выходу второго датчика 23 положения, шестой блок 31 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 32 ускорения, и седьмой блок 33 умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора 29, а выход - к пятому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные восьмой блок 34 умножения, девятый сумматор 35, второй вход которого подключен к выходу первого дифференциатора 36, девятый блок 37 умножения, второй вход которого подключен к выходу косинусного функционального преобразователя 30, десятый сумматор 38, второй вход которого подключен к выходу десятого блока 39 умножения, первый и второй входы которого подключены к выходам квадратора 22 и первого датчика 6 скорости, и одиннадцатый блок 40 умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора 29, а выход - к четвертому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные второй дифференциатор 41, вход которого подключен к выходу первого датчика 26 ускорения и первому входу восьмого блока 34 умножения, одиннадцатый сумматор 42, второй вход которого через двенадцатый блок 43 умножения подключен к выходу второго датчика 32 ускорения и входу первого дифференциатора 36, и тринадцатый блок 44 умножения, второй вход которого подключен к выходу синусного функционального преобразователя 24, а выход - к третьему входу десятого сумматора 38, последовательно соединенные третий датчик 45 ускорения, четырнадцатый блок 46 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости и вторым входам восьмого 34 и двенадцатого 43 блоков умножения, и пятнадцатый блок 47 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 17, а выход - к пятому входу второго сумматора 3, а также четвертый датчик 48 ускорения, вход которого механически связан с выходным валом редуктора 7, в выход подключен к шестому входу второго сумматора 3.The manipulator’s electric drive contains the first adder 1, the first multiplication unit 2, the second adder 3, the amplifier 4 and the electric motor 5 connected in series with the first speed sensor 6 directly and through gear 7 with the gear 8 to drive the rack fixed stationary on the horizontal the link of the manipulator and the engine of the first position sensor 9 mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, connected in series th unit 10 and a third adder 11, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor 6, the input of the relay unit 10 and the second input of the first adder 1, the first signal adjuster 12, the
На фигурах приведены следующие обозначения: qВХ - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки электропривода; U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 5; qi - обобщенные координаты соответствующих степеней подвижности манипулятора mi, mГ - массы соответствующих звеньев манипулятора и груза (i=2, 3); l3=const - расстояние от центра масс горизонтального звена до средней точки схвата; - расстояния от оси вращения горизонтального звена до его центра масс при q3=0; - скорость изменения первой обобщенной координаты; - скорость вращения ротора электродвигателя третьей степени подвижности манипулятора; , , , - ускорения в первой, третьей, четвертой и пятой степенях подвижности манипулятора соответственно.The following notation is shown in the figures: q BX — signal from the output of a software device; ε is the error signal of the electric drive; U * , U - respectively, the amplified signal and the control signal of the motor 5; q i - generalized coordinates of the corresponding degrees of mobility of the manipulator m i , m G - masses of the corresponding parts of the manipulator and the load (i = 2, 3); l 3 = const is the distance from the center of mass of the horizontal link to the midpoint of the gripper; - the distance from the axis of rotation of the horizontal link to its center of mass with q 3 = 0; - rate of change of the first generalized coordinate; - the rotation speed of the rotor of the electric motor of the third degree of mobility of the manipulator; , , , - acceleration in the first, third, fourth and fifth degrees of mobility of the manipulator, respectively.
Рассматриваемый электропривод управляет линейным перемещением горизонтально звена манипулятора относительно его вертикального звена (обобщенная координата q3). Конструкция манипулятора позволяет осуществлять также поворот вертикального звена (обобщенная координата q1), вертикальное прямолинейное перемещение горизонтального звена (обобщенная координата q2) и еще два линейных взаимно перпендикулярных перемещения вертикального звена в горизонтальной плоскости (обобщенные координаты q4 и q5). Эта конструкция робота позволяет выполнять производственные операции в очень большой рабочей зоне.The considered electric drive controls the linear horizontal movement of the manipulator link relative to its vertical link (generalized coordinate q 3 ). The design of the manipulator also allows rotation of the vertical link (generalized coordinate q 1 ), vertical rectilinear movement of the horizontal link (generalized coordinate q 2 ) and two more linear mutually perpendicular movements of the vertical link in the horizontal plane (generalized coordinates q 4 and q 5 ). This design of the robot allows you to perform production operations in a very large work area.
Самонастраивающийся электропривод работает следующим образом. На его вход подается воздействие qВХ, обеспечивающее требуемый закон управления рассматриваемой степенью подвижности манипулятора. На выходе сумматора 20 вырабатывается сигнал ошибки ε=qВХ-q3, который после коррекции в блоках 1, 2 и 3, усиливаясь, поступает на вход электродвигателя 5 с редуктором 7, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U и внешнего моментного воздействия МВ на электропривод.Self-adjusting electric drive operates as follows. At its input, an action of q BX is applied, which provides the required control law for the considered degree of manipulator mobility. At the output of the adder 20, an error signal ε = q BX -q 3 is generated, which, after correction in blocks 1, 2 and 3, amplifies, enters the input of the electric motor 5 with gear 7, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration) depending on the magnitude of the incoming signal U and the external torque effect M V on the electric drive.
Горизонтальное звено манипулятора относительно его вертикального звена перемещается с помощью электропривода посредством передачи шестерня - рейка. Причем рейка установлена неподвижно на горизонтальном звене, а шестерня 8 - на выходном валу редуктора 7 и имеет радиус r.The horizontal link of the manipulator relative to its vertical link is moved by means of an electric drive by means of a gear-rack transmission. Moreover, the rack is fixedly mounted on the horizontal link, and the gear 8 is on the output shaft of the gearbox 7 and has a radius r.
Несложно (с помощью уравнения Лагранжа второго рода) показать, что в процессе движения манипулятора на электропривод его третьей степени подвижности действует силаIt is easy (using the Lagrange equation of the second kind) to show that during the movement of the manipulator, a force acts on the electric drive of its third degree of mobility
Эта сила в процессе движения манипулятора на выходном валу редуктора 7 создает момент, равныйThis force in the process of movement of the manipulator on the output shaft of the gearbox 7 creates a moment equal to
С учетом соотношения (1), а также уравнения электрической и механическойTaking into account relation (1), as well as the equation of electric and mechanical
цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q3, можно описать следующим дифференциальным уравнением:chains of a direct current electric motor with permanent magnets or independent excitation, the considered electric drive controlling the coordinate q 3 can be described by the following differential equation:
где R, L - соответственно активное и индуктивное сопротивления якорной цепи электродвигателя; J - момент инерции якоря электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу электродвигателя; kМ - коэффициент крутящего момента; kω - коэффициент противо-ЭДС; kВ - коэффициент вязкого трения; ip - передаточное отношение редуктора; Мстр - момент сухого трения; kУ - коэффициент усиления усилителя 4; i - ток якоря электродвигателя 5; - ускорение вращения вала электродвигателя третьей степени подвижности манипулятора. where R, L - respectively, the active and inductive resistances of the anchor circuit of the electric motor; J is the moment of inertia of the armature of the motor and the rotating parts of the gearbox, reduced to the shaft of the motor; k M - torque coefficient; k ω is the coefficient of counter-EMF; k In - coefficient of viscous friction; i p - gear ratio; M p is the moment of dry friction; k U - gain of the amplifier 4; i is the armature current of the electric motor 5; - acceleration of rotation of the shaft of the electric motor of the third degree of mobility of the manipulator.
Из нелинейного уравнения (2) видно, что его параметры, а следовательно, параметры и динамические свойства электропривода, управляющего координатой q3, являются существенно переменными, зависящими от непрерывного изменения координат q1, , , , , , и массы захваченного груза mГ. Это снижает качественные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы. В связи с этим для качественного управления координатой q3 (для реализации поставленной выше задачи) необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q1, , , , , , и mГ на динамические свойства рассматриваемого электропривода, т.е. необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры этого электропривода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.From the nonlinear 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 the continuous change of coordinates q 1 , , , , , , and the mass of the captured cargo m G. This reduces the quality of the drive and even leads to a loss of stability of its operation. In this regard, for quality control of the q 3 coordinate (for the implementation of the task posed above), it is necessary to precisely compensate for the negative influence of the q 1 coordinate change, , , , , , and m G on the dynamic properties of the drive in question, i.e. it is necessary to form such a corrective device that would stabilize the parameters of this electric drive so that it is described by a differential equation with constant desired parameters.
Первый положительный вход сумматора 1 (со стороны сумматора 20) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления kω/kу. В результате на выходе сумматора 1 формируется сигнал . Первый и второй положительные входы сумматоров 13 и 14 имеют единичные коэффициенты усиления. На выходах первого 12 и второго 15 задатчиков сигнала формируются сигналы и l3=const, соответственно. В результате на выходе сумматора 13 формируется сигнал , а на выходе сумматора 14 - сигнал так как датчик 9 измеряет координату q3.The first positive input of the adder 1 (from the adder 20) has a unity gain, and its second negative input has a gain k ω / k у . As a result, at the output of the adder 1, a signal is generated . The first and second positive inputs of the
Первый положительный вход сумматора 17 (со стороны блока 16) имеет коэффициент усиления r/ip, а его второй положительный вход - коэффициент усиления rm3/ip. Датчик 19 измеряет массу груза mГ. В результате на выходе сумматора 17 формируется сигнал , на выходе блока умножения 18 - сигнал , т.к. датчик 21 установлен в первой степени подвижности манипулятора (см. фиг.2) и измеряет координату , а на выходе блока 47 - сигналThe first positive input of the adder 17 (from the side of block 16) has a gain of r / i p , and its second positive input has a gain of rm 3 / i p . The sensor 19 measures the mass of the cargo m g . As a result, a signal is generated at the output of the adder 17 , at the output of the multiplication block 18 is a signal because the sensor 21 is installed in the first degree of mobility of the manipulator (see figure 2) and measures the coordinate , and at the output of block 47, a signal
Датчик 23 измеряет координату q1, а датчики 26, 32, 45 и 48 - ускорения , , , соответственно. Функциональный преобразователь 24 реализует функцию sinq1, а функциональный преобразователь 30 - функцию cosq1. В результате на выходе блока 25 формируется сигнал а на выходе блока 31 - сигнал Задатчик 28 формирует сигнал m3=const. Первый и второй положительные входы сумматора 29 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на четвертый положительный вход сумматора 11 (со стороны блока 27), имеющий коэффициент усиления, равный r/ip, поступает сигнал а на его пятый положительный вход (со стороны блока 33), также имеющий коэффициент усиления, равный r/ip, - сигнал The sensor 23 measures the coordinate q 1 , and the sensors 26, 32, 45 and 48 - acceleration , , , respectively. Functional converter 24 implements the function sinq 1 , and functional converter 30 implements the function cosq 1 . As a result, a signal is generated at the output of block 25 and the output of block 31 is a signal The setter 28 generates a signal m 3 = const. The first and second positive inputs of the adder 29 have unity gain. As a result, the fourth positive input of the adder 11 (from the side of block 27), having a gain equal to r / i p , receives a signal and its fifth positive input (from the side of block 33), also having a gain equal to r / i p , is a signal
Выходной сигнал блока 10 имеет вид: The output signal of block 10 has the form:
где |MТ| - величина момента сухого трения при движении электродвигателя.where | M T | - the magnitude of the dry friction moment during the movement of the electric motor.
Первый (со стороны блока 10) положительный и третий (со стороны блока 18) отрицательный входы сумматора 11 имеют единичные коэффициенты усиления, а второй положительный (со стороны датчика 6) - коэффициент усиления . В результате на выходе сумматора 11 формируется сигнал The first (from the side of block 10) positive and the third (from the side of block 18) negative inputs of the adder 11 have unity gain, and the second positive (from the side of sensor 6) has a gain . As a result, a signal is generated at the output of the adder 11
Положительные входы сумматора 35 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе блока 37 формируется сигнал .The positive inputs of the adder 35 have unity gain. As a result, a signal is generated at the output of block 37 .
Первый положительный (со стороны дифференциатора 41) и второй отрицательный входы сумматора 42 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе блока 44 формируется сигнал The first positive (from the side of the differentiator 41) and the second negative inputs of the adder 42 have unity gain. As a result, a signal is generated at the output of block 44
Первый (со стороны блока 37) и третий (со стороны блока 44) положительные входы сумматора 38 имеют единичные коэффициенты усиления, а второй отрицательный - коэффициент усиления r/ip. В результате на выходе блока 40 формируется сигналThe first (from the side of block 37) and the third (from the side of block 44) the positive inputs of the adder 38 have unity gain, and the second negative - gain r / i p . As a result, a signal is generated at the output of block 40
Первый положительный вход сумматора 3 (со стороны блока 2) имеет коэффициент усиления (JН - номинальное значение момента инерции, приведенного к валу электродвигателя 5), второй положительный (со стороны сумматора 11) - коэффициент усиления , третий положительный (со стороны сумматора 1) - коэффициент усиления , четвертый положительный (со стороны блока 40) - коэффициент усиления , пятый отрицательный (со стороны блока 47) - коэффициент усиления , а шестой положительный - коэффициент усиления . В результате на выходе сумматора 3 формируется сигналThe first positive input of the adder 3 (from the side of unit 2) has a gain (J Н - nominal value of the moment of inertia reduced to the shaft of the electric motor 5), the second positive (from the adder 11) - gain , the third positive (from the side of the adder 1) is the gain , the fourth positive (from the side of block 40) is the gain , the fifth negative (from the side of block 47) is the gain and the sixth positive is the gain . As a result, at the output of the adder 3, a signal is generated
Несложно показать, что поскольку |Mт| signα3 при движении электропривода достаточно точно соответствует Мстр, то, подставив полученное значение U* в соотношение (2), получим уравнение It is easy to show that since | M t | signα 3, when the electric drive moves, corresponds quite accurately to M p , then, substituting the obtained value of U * in relation (2), we obtain the equation
которое имеет постоянные желаемые параметры. То есть рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q3, за счет введения рассмотренного выше управляющего сигнала U* будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями, которые определяются выбором желаемых значений kу, JН.which has constant desired parameters. That is, the electric drive under consideration, controlling the coordinate q 3 , due to the introduction of the control signal U * considered above, will have constant desired dynamic properties and quality indicators, which are determined by the choice of the desired values of k y , J Н.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010145655/02A RU2443543C1 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Manipulator electric drive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010145655/02A RU2443543C1 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Manipulator electric drive |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2443543C1 true RU2443543C1 (en) | 2012-02-27 |
Family
ID=45852211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010145655/02A RU2443543C1 (en) | 2010-11-09 | 2010-11-09 | Manipulator electric drive |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2443543C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656623C2 (en) * | 2015-05-28 | 2018-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Industrial robot |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164859C2 (en) * | 1999-05-19 | 2001-04-10 | Дальневосточный государственный технический университет | Apparatus for controlling robot drive mechanism |
RU2187426C2 (en) * | 2000-11-17 | 2002-08-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Self-adaptive electric drive of robot |
RU2227316C2 (en) * | 2002-06-04 | 2004-04-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Apparatus for controlling drive of robot |
-
2010
- 2010-11-09 RU RU2010145655/02A patent/RU2443543C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164859C2 (en) * | 1999-05-19 | 2001-04-10 | Дальневосточный государственный технический университет | Apparatus for controlling robot drive mechanism |
RU2187426C2 (en) * | 2000-11-17 | 2002-08-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Self-adaptive electric drive of robot |
RU2227316C2 (en) * | 2002-06-04 | 2004-04-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Apparatus for controlling drive of robot |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656623C2 (en) * | 2015-05-28 | 2018-06-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Industrial robot |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2394674C2 (en) | Self-adaptive electric drive of robot | |
RU2423224C2 (en) | Robot electric drive | |
RU2372638C1 (en) | Self-tuning electric drive for manipulation robot | |
RU2443543C1 (en) | Manipulator electric drive | |
RU2359306C2 (en) | Self-adapting electric drive of robot | |
RU2562403C1 (en) | Self-tuning electric drive of manipulator | |
RU2325268C1 (en) | Control of robotic machine drive | |
RU2423225C1 (en) | Robot electric drive | |
RU2380215C1 (en) | Self-tuning electric drive of robot | |
RU2425746C2 (en) | Robot electrical drive | |
RU2424894C1 (en) | Robot electric drive | |
RU2478465C1 (en) | Manipulator electric drive | |
RU2443542C1 (en) | Manipulator electric drive | |
RU2385481C1 (en) | Self-tuning robot electrical drive | |
RU2363972C2 (en) | Robot self-adaptive electric drive | |
RU2453892C1 (en) | Articulator's electro drive | |
RU2345885C1 (en) | Robot drive control device | |
RU2212329C1 (en) | Device for control of robot drive | |
RU2705739C1 (en) | Self-tuning electric manipulator drive | |
RU2277258C1 (en) | Self-adjusting electric motor for a robot | |
RU2309444C2 (en) | Self-adjusting electrical drive for robot | |
RU2311283C1 (en) | Device for controlling drive of a robot | |
RU2258600C1 (en) | Robot's drive control unit | |
RU2257288C1 (en) | Device for control of robot actuator | |
RU2163190C1 (en) | Device for control of robot drive |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121110 |