УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОДОЛЬНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО РОБОТА Российский патент 1997 года по МПК G05D1/02 B60L15/00 

Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано в робототехнике для управления продольным позиционированием автоматических транспортных средств.

Известно устройство для продольного позиционирования транспортного робота, содержащее устройство управления, задатчик скорости, модуль управления приводом, мотор-колеса, датчик скорости и датчик положения [1]
Недостатком известного устройства является необходимость периодической коррекции при определении продольной координаты транспортного робота вследствие накопления ошибки датчиком положения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для продольного позиционирования транспортного робота, содержащее узел управления, логический блок, задатчик скорости, модуль управления приводом, мотор-колеса, блок датчиков скорости и схему блокировки [2]
Узел управления определяет местоположение транспортного робота на трассе и при прохождении заданного адреса выдает команду установки доводочной скорости, при этом задатчик скорости выдает на модуль управления приводом напряжение задания, соответствующее доводочной скорости, что приводит к снижению угловой скорости мотор-колес до доводочной за счет сигналов обратной связи, снимаемых с блока датчиков скорости. При прохождении адреса останова узел управления снимает сигнал разрешения движения, логический блок формирует при этом команду установки нулевой скорости, по которой задатчик скорости выдает на модуль управления приводом напряжение задания, равное нулю, что обеспечивает интенсивное торможение мотор-колес за счет сигналов обратной связи, снимаемых с блока датчиков скорости. После остановки транспортного робота схема блокировки производит отключение питания мотор-колес.

Недостатком данного устройства является следующее.

Окончательный останов транспортного робота происходит в режиме динамического торможения, что в общем случае приводит к возникновению погрешности позиционирования, так как длина тормозного пути при этом зависит от массы и начальной скорости транспортного робота.

Изменение скорости при позиционировании происходит ступенчато, что приводит к появлению пиковых ускорений при позиционировании транспортного робота.

Целью изобретения является снижение погрешности и пиковых ускорений при позиционировании транспортного робота.

Указанная цель достигается тем, что устройство для продольного позиционирования транспортного робота, содержащее последовательно включенные узел управления, логический блок, задатчик скорости и модуль управления приводом, подключенный к мотор-колесам, блок датчиков скорости мотор-колес, выход которого соединен со входом обратной связи модуля управления приводом, снабжено передаточным узлом, кинематически связанным через управляемую электромагнитную муфту с валом мотор-колес, а через обгонную муфту с маховичным аккумулятором механической энергии, при этом логический блок одним из выходов подключен ко входу модуля управления приводом, предназначенному для коммутации питания мотор-колес, и управляющему входу электромагнитной муфты, а передаточный узел выполнен с коэффициентом передачи k, зависящим от угла поворота Φ₁ ведущего вала в соответствии с соотношением:

где J_п приведенный к ведущему валу передаточного узла момент инерции, соответствующий массе транспортного робота;
J₂ приведенный к ведомому валу передаточного узла момент инерции маховичного аккумулятора;
Φ_k фиксированное значение угла поворота ведущего вала передаточного узла, определяющее длину тормозного пути транспортного робота.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новой связи выхода логического блока со входом модуля управления приводом, предназначенным для коммутации питания мотор-колес, и управляющим входом электромагнитной муфты, новых блоков: передаточного узла, обгонной муфты, маховичного аккумулятора механической энергии, электромагнитной муфты и их связей с остальными блоками, а также отсутствием схемы блокировки и ее связей с остальными блоками.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что передаточные узлы с переменным коэффициентом передачи, позволяющие реализовать произвольную зависимость коэффициента передачи от угла поворота ведущего вала, и маховичные аккумуляторы механической энергии широко известны.

Однако при введении в указанной связи в заявляемое устройство передаточного узла с коэффициентом передачи, изменяющимся в заданной зависимости от угла поворота ведущего вала и маховичного аккумулятора механической энергии, процесс отвода кинетической энергии протекает таким образом, что обеспечивается независимость длины тормозного пути от массы и начальной скорости транспортного робота и реализуется равнозамедленный закон движения при номинальной массе транспортного робота, что обеспечивает снижение погрешности и пиковых ускорений при позиционировании транспортного робота. Это не следует явным образом из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого устройства; на фиг. 2 представлена зависимость угла поворота ведомого вала Φ₂ от угла поворота ведущего вала Φ₁ передаточного узла.

Устройство для продольного позиционирования транспортного робота (фиг.1) содержит последовательно включенные узел управления 1, логический блок 2, задатчик скорости 3 и модуль управления приводом 4, подключенный к мотор-колесам 5, блок датчиков скорости мотор- колес 6, выход которого соединен со входом обратной связи модуля управления приводом 4. Кроме того, устройство для продольного позиционирования транспортного робота снабжено передаточным узлом 8, кинематически связанным через управляемую электромагнитную муфту 7 с валом мотор-колес 4, а через обгонную муфту 9 с маховичным аккумулятором механический энергии 10, при этом логический блок 2 одним из выходов подключен ко входу модуля 4 управления приводом, предназначенному для коммутации питания мотор-колес 5, и управляющему входу электромагнитной муфты 7, а передаточный узел 8 выполнен с коэффициентом передачи k, зависящим от угла поворота Φ₁ ведущего вала в соответствии с соотношением:

где J _n- приведенный к ведущему валу передаточного узла момент инерции, соответствующий массе транспортного робота;
J₂ приведенный к ведомому валу передаточного узла момент инерции маховичного аккумулятора;
Φ_k фиксированное значение угла поворота ведущего вала передаточного узла, определяющее длину тормозного пути транспортного робота.

Вывод указанного закона изменения коэффициента передачи передаточного узла 8 при повороте вала мотор-колес 5 осуществляется путем решения следующих уравнений: закона движения мотор-колес 5 при равнозамедленном позиционировании транспортного робота, закона сохранения механической энергии системы мотор-колеса 5 маховичный аккумулятор 10 в предположении ее замкнутости и определения коэффициента передачи передаточного узла 8 как отношения угловой скорости вала маховичного аккумулятора механической энергии 10 к угловой скорости вала мотор-колес 5.

Указанному закону изменения коэффициента передачи передаточного узла 8 от угла поворота ведущего вала соответствует следующая зависимость угла поворота ведомого вала Φ₂ от угла поворота ведущего вала Φ₁ передаточного узла 8 (фиг.2):

В качестве управляемой электромагнитной муфты 7 может быть, например, использована порошковая электромагнитная муфта. В качестве передаточного узла 8 может быть, например, использован кулачковый механизм, задающий необходимую зависимость угла поворота ведомого вала от угла поворота ведущего вала известным образом. В качестве обгонной муфты 9 может быть, например, использована роликовая обгонная муфта. Маховичный аккумулятор механической энергии 10 представляет собой закрепленное на валу тело цилиндрической формы.

Устройство работает следующим образом. Узел управления 1 определяет местоположение транспортного робота на трассе и при прохождении заданного адреса (на фиксированном расстоянии перед точкой позиционирования) снимает сигнал разрешения движения, логический блок 2 формирует при этом команду установки нулевой скорости, по которой задатчик скорости 3 выдает на модуль управления приводом 4 напряжение задания, равное нулю, по этой же команде происходит отключение питания мотор-колес 5 и включение электромагнитной муфты 7. В момент включения электромагнитной муфты 7 коэффициент передачи передаточного узла 8 равен нулю, что позволяет осуществить безударное замыкание кинематической связи между вращающимся валом мотор-колес 5 и неподвижным валом обгонной муфты 9, соединенной с маховичным аккумулятором механической энергии 10. При повороте ведущего вала передаточного узла 8 на фиксированный угол коэффициент передачи передаточного узла 8, определяющий отношение угловой скорости вала маховичного аккумулятора механической энергии 10 к угловой скорости вала мотор-колес 5, стремится к бесконечности, что обеспечивает остановку транспортного робота при повороте вала мотор-колес 5 на фиксированный угол при любом значении массы и начальной скорости транспортного робота. Таким образом обеспечивается снижение погрешности при позиционировании транспортного робота. Равнозамедленный закон движения при номинальной массе транспортного робота реализуется за счет изменения коэффициента передачи передаточного узла 8 при повороте вала мотор-колес 5 по заданному закону. Таким образом обеспечивается снижение пиковых ускорений при позиционировании транспортного робота.

После остановки транспортного робота при помощи обгонной муфты 9 происходит размыкание кинематической связи между передаточным узлом 8 и маховичным аккумулятором механической энергии 10.0

Использование: робототехника, автоматические транспортные средства. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно включенные узел управления, логический блок, задатчик скорости и модуль управления приводом, подключенный к мотор-колесам, а также блок датчиков скорости мотор-колес, выход которого соединен со входом обратной связи модуля управления приводом. Отличие предложенного устройства от известных заключается в том, что в него введен передаточный узел, кинематически связанный через управляемую муфту с валом мотор-колес, а через обгонную муфту - с маховичным аккумулятором механической энергии. При этом логический блок одним из выходов подключен ко входу модуля управления приводам, предназначенному для коммутации питания мотор-колес, и к управляющему входу электромагнитной муфты. При включении последней коэффициент передачи передаточного узла, определяющий отношение угловой скорости вала маховичного аккумулятора к угловой скорости вала мотор-колес, изменяется от нуля до бесконечности в заданной зависимости от угла поворота ведущего вала. Это обеспечивает плавную остановку транспортного робота при повороте вала мотор-колес на фиксированный угол при любом значении массы и начальной скорости робота. 2 ил.

Устройство для продольного позиционирования транспортного робота, содержащее последовательно включенные узел управления, логический блок, задатчик скорости и модуль управления приводом, подключенный к мотор-колесам, блок датчиков скорости мотор-колес, выход которого соединен с входом обратной связи модуля управления приводом, отличающееся тем, что в него введен передаточный узел, кинематически связанный через управляемую электромагнитную муфту с валом мотор-колес, а через обгонную муфту с маховичным аккумулятором механической энергии, при этом логический блок одним их выходов подключен к входу модуля управления приводом, предназначенному для коммутации питания мотор-колес, и управляющему входу электромагнитной муфты, а передаточный узел выполнен с коэффициентом передачи К, зависящим от угла поворота Φ₁ ведущего вала в соответствии с соотношением

где J_n приведенный к ведущему валу передаточного узла момент инерции, соответствующий массе транспортного робота;
J₂ приведенный к ведомому валу передаточного узла момент инерции маховичного аккумулятора;
Φ_k - фиксированное значение угла поворота ведущего вала передаточного узла, определяющее длину тормозного пути транспортного робота.