Самонастраивающийся электропривод манипулятора Российский патент 2017 года по МПК B25J13/00 G05B13/02 

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов манипуляторов.

Известен электропривод робота, содержащий первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор – с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, первый квадратор, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика сигнала, второй блок умножения и шестой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, второй усилитель, первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а выход – к второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, второй квадратор, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, и седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого задатчика сигнала, а третий вход через последовательно соединенные третий функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, и третий квадратор – к входам второго усилителя и второго функционального преобразователя, последовательно соединенный пятый задатчик сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу девятого сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход – к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора, второй вход – к выходу девятого сумматора, вторым входом подключенного к выходу пятого блока умножения, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, а выход – с вторым входом шестого сумматора, выход которого подключен к первому входу девятого блока умножения, соединенного выходом с четвертым входом второго сумматора, а вторым входом – с выходом первого датчика скорости, со вторым и через релейный элемент - с третьим входами второго сумматора, а также со вторым входом десятого сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход – с первым входом первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, десятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом девятого сумматора, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика ускорения, и двенадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, а выход – с пятым входом второго сумматора (см. патент России № 2423225, МПК В25 J 13/00, 2011г.).

Его недостатком является то, что в нем не учитывается, считаясь малой, электрическая постоянная времени электродвигателя. Поэтому полная инвариантность динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным изменениям его моментных нагрузочных характеристик не обеспечивается.

Известно также устройство для управления приводом робота, содержащее первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель, электродвигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор – с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, первый квадратор, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика постоянного сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика постоянного сигнала, второй блок умножения и шестой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, второй усилитель, первый функциональный преобразователь и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а выход – к второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к входу второго усилителя, второй квадратор, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, и седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого задатчика постоянного сигнала, его третий вход через последовательно соединенные третий функциональный преобразователь и третий квадратор – к входу второго усилителя, последовательно соединенный пятый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу девятого сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход – к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора, а его второй вход – к выходу девятого сумматора, вторым входом подключенного к выходу пятого блока умножения, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, а выход – с вторым входом шестого сумматора, девятый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора, десятый сумматор, релейный элемент, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, а вход – к выходу первого датчика скорости, третьему входу второго сумматора и первому входу девятого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, причем первый вход десятого сумматора подключен к выходу первого сумматора, его второй вход – к выходу первого датчика скорости, а выход – к первому входу первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго усилителя, десятый блок умножения, второй вход которого через четвертый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, одиннадцатый сумматор, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и двенадцатый сумматор, последовательно соединенные двенадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, а его второй вход – к выходу второго квадратора, тринадцатый сумматор и тринадцатый блок умножения, выход которого подключен к второму входу двенадцатого сумматора, последовательно соединенные четырнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, и пятнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен также со вторым входом тринадцатого сумматора, а его второй вход – со вторым входом тринадцатого блока умножения и выходом девятого сумматора, а выход – с третьим входом двенадцатого сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, а второй вход – с выходом третьего датчика скорости и вторым входом четырнадцатого блока умножения, и пятый квадратор, выход которого подключен к четвертому входу двенадцатого сумматора и первому входу семнадцатого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы, а выход – с пятым входом двенадцатого сумматора, последовательно соединенные второй датчик ускорения и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, а выход – к второму входу одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные девятнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом двенадцатого сумматора, а второй – с выходом первого датчика скорости, и четырнадцатый сумматор, выход которого подключен к пятому входу второго сумматора, а также последовательно соединенные третий датчик ускорения и двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход – к второму входу четырнадцатого сумматора, третий вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения, объект управления (см. патент России № 2181660, МПК В25 J 13/00, 2002 г.).

Это устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению.

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.

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 манипулятора с заданной кинематической схемой по всем его степеням подвижности.

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.

Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель, электродвигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор – с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, первый квадратор, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика постоянного сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика постоянного сигнала, второй блок умножения и шестой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, второй усилитель, первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, установленного во второй степени подвижности манипулятора, а выход – к второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, вход которого подключен к входу второго усилителя, второй квадратор, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, и седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого задатчика постоянного сигнала, его третий вход через последовательно соединенные третий функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, и третий квадратор – к входу второго усилителя, последовательно соединенный пятый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу девятого сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход – к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора, а его второй вход – к выходу девятого сумматора, вторым входом подключенного к выходу пятого блока умножения, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, а выход – с вторым входом шестого сумматора, девятый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора, десятый сумматор, релейный элемент, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, а вход – к выходу первого датчика скорости, третьему входу второго сумматора и первому входу девятого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, причем первый вход десятого сумматора подключен к выходу первого сумматора, его второй вход – к выходу первого датчика скорости, а выход – к первому входу первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго усилителя, десятый блок умножения, второй вход которого через четвертый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, одиннадцатый сумматор, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и двенадцатый сумматор, последовательно соединенные двенадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, а его второй вход – к выходу второго квадратора, тринадцатый сумматор и тринадцатый блок умножения, выход которого подключен к второму входу двенадцатого сумматора, последовательно соединенные четырнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, и пятнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен также со вторым входом тринадцатого сумматора, а его второй вход – со вторым входом тринадцатого блока умножения и выходом девятого сумматора, а выход – с третьим входом двенадцатого сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, а второй вход – с выходом третьего датчика скорости и вторым входом четырнадцатого блока умножения, и пятый квадратор, выход которого подключен к четвертому входу двенадцатого сумматора и первому входу семнадцатого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы, а выход – с пятым входом двенадцатого сумматора, последовательно соединенные второй датчик ускорения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, а выход – к второму входу одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные девятнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом двенадцатого сумматора, а второй – с выходом первого датчика скорости, и четырнадцатый сумматор, выход которого подключен к пятому входу второго сумматора, а также последовательно соединенные третий датчик ускорения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и двадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход – к второму входу четырнадцатого сумматора, третий вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения, дополнительно вводятся последовательно соединенные пятый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, двадцать первый, двадцать второй и двадцать третий блоки умножения, выход последнего подключен к шестому входу второго сумматора, последовательно соединенные шестой функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключенный входом к выходу первого датчика положения и к входу пятого функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя и ко второму входу двадцать первого блока умножения, двадцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, пятнадцатый сумматор, двадцать шестой блок умножения и шестнадцатый сумматор, выход которого подключен к седьмому входу второго сумматора, последовательно соединенные двадцать седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу пятого функционального преобразователя, а второй - к выходу третьего функционального преобразователя, и двадцать восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а выход – ко второму входу пятнадцатого сумматора, последовательно соединенные двадцать девятый блок умножения, первый и второй входы которого подключены к выходам третьего датчика скорости и двадцать первого блока умножения, тридцатый и тридцать первый блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу шестнадцатого сумматора, последовательно соединенные шестой задатчик постоянного сигнала и семнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а выход – ко второму входу тридцать первого блока умножения, последовательно соединенные дифференциатор, подключенный к выходу четвертого датчика ускорения, установленного в четвертой степени подвижности манипулятора, и вторым входам двадцать третьего, тридцатого и тридцать второго блоков умножения, и тридцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двадцать второго блока умножения, а выход - к третьему входу шестнадцатого сумматора, причем первый вход тридцать второго блока умножения подключен к выходу девятого сумматора и к второму входу двадцать второго блока умножения, а выход – ко второму входу двадцать шестого блока умножения.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают высокую точность и устойчивость работы электропривода рассматриваемого манипулятора в условиях существенного изменения его параметров нагрузки.

На фиг.1 дана блок-схема предлагаемого электропривода манипулятора, а на фиг. 2 - кинематическая схема рассматриваемого манипулятора.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора содержит первый сумматор 1, последовательно соединенные первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, первый усилитель 4, электродвигатель 5, связанные с первым датчиком 6 скорости непосредственно и через редуктор 7 – с первым датчиком 8 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные второй датчик 9 положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, третий сумматор 10, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика 11 постоянного сигнала, первый квадратор 12, четвертый сумматор 13, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика 14 постоянного сигнала, пятый сумматор 15, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика 16 постоянного сигнала, второй блок 17 умножения и шестой сумматор 18, последовательно соединенные третий датчик 19 положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, второй усилитель 20, первый функциональный преобразователь 21, реализующий функцию sin, и третий блок 22 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 23 скорости, установленного во второй степени подвижности манипулятора, а выход – к второму входу второго блока 17 умножения, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь 24, реализующий функцию cos, вход которого подключен к входу второго усилителя 20, второй квадратор 25, четвертый блок 26 умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора 13, и седьмой сумматор 27, второй вход которого подключен к выходу четвертого задатчика 28 постоянного сигнала, его третий вход через последовательно соединенные третий функциональный преобразователь 29, реализующий функцию sin, и третий квадратор 30 – к входу второго усилителя 20, последовательно соединенный пятый задатчик 31 постоянного сигнала, восьмой сумматор 32, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора 10 и первому входу девятого сумматора 33, пятый блок 34 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 35 массы, и шестой блок 36 умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора 32, а выход – к третьему входу четвертого сумматора 13, последовательно соединенные седьмой блок 37 умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора 25, а его второй вход – к выходу девятого сумматора 33, вторым входом подключенного к выходу пятого блока 34 умножения, и восьмой блок 38 умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика 39 скорости, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, а выход – с вторым входом шестого сумматора 18, девятый блок 40 умножения, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора 3, десятый сумматор 41, релейный элемент 42, выход которого подключен к второму входу второго сумматора 3, а вход – к выходу первого датчика 6 скорости, третьему входу второго сумматора 3 и первому входу девятого блока 40 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 18, причем первый вход десятого сумматора 41 подключен к выходу первого сумматора 1, его второй вход – к выходу первого датчика 6 скорости, а выход – к первому входу первого блока 2 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 27, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь 43, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго усилителя 20, десятый блок 44 умножения, второй вход которого через четвертый квадратор 45 подключен к выходу второго датчика 23 скорости, одиннадцатый сумматор 46, одиннадцатый блок 47 умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора 15, и двенадцатый сумматор 48, последовательно соединенные двенадцатый блок 49 умножения, первый вход которого подключен к выходу первого датчика 50 ускорения, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, а его второй вход – к выходу второго квадратора 25, тринадцатый сумматор 51 и тринадцатый блок 52 умножения, выход которого подключен к второму входу двенадцатого сумматора 48, последовательно соединенные четырнадцатый блок 53 умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего блока 22 умножения, и пятнадцатый блок 54 умножения, первый вход которого соединен также со вторым входом тринадцатого сумматора 51, а его второй вход – со вторым входом тринадцатого блока 52 умножения и выходом девятого сумматора 33, а выход – с третьим входом двенадцатого сумматора 48, последовательно соединенные шестнадцатый блок 55 умножения, первый вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя 24, а второй вход – с выходом третьего датчика 39 скорости и вторым входом четырнадцатого блока 53 умножения, и пятый квадратор 56, выход которого подключен к четвертому входу двенадцатого сумматора 48 и первому входу семнадцатого блока 57 умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика 35 массы, а выход – с пятым входом двенадцатого сумматора 48, последовательно соединенные второй датчик 58 ускорения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и восемнадцатый блок 59 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя 21, а выход – к второму входу одиннадцатого сумматора 46, последовательно соединенные девятнадцатый блок 60 умножения, первый вход которого соединен с выходом двенадцатого сумматора 48, а второй – с выходом первого датчика 6 скорости, и четырнадцатый сумматор 61, выход которого подключен к пятому входу второго сумматора 3, а также последовательно соединенные третий датчик 62 ускорения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и двадцатый блок 63 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 18, а выход – к второму входу четырнадцатого сумматора 61, третий вход которого соединен с выходом третьего датчика 62 ускорения, последовательно соединенные пятый функциональный преобразователь 64, реализующий функцию sin, двадцать первый 65, двадцать второй 66 и двадцать третий 67 блоки умножения, выход последнего подключен к шестому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные шестой функциональный преобразователь 68, реализующий функцию cos, подключенный входом к выходу первого датчика 8 положения и ко входу пятого функционального преобразователя 64, двадцать четвертый блок 69 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя 24 и ко второму входу двадцать первого блока 65 умножения, двадцать пятый блок 70 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, пятнадцатый сумматор 71, двадцать шестой блок 72 умножения и шестнадцатый сумматор 73, выход которого подключен к седьмому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные двадцать седьмой блок 74 умножения, первый вход которого подключен к выходу пятого функционального преобразователя 64, а второй - к выходу третьего функционального преобразователя 29, и двадцать восьмой блок 75 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 23 скорости, а выход – ко второму входу пятнадцатого сумматора 71, последовательно соединенные двадцать девятый блок 76 умножения, первый и второй входы которого подключены к выходам третьего датчика 39 скорости и двадцать первого 65 блока умножения, тридцатый 77 и тридцать первый 78 блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу шестнадцатого сумматора 73, последовательно соединенные шестой задатчик 79 постоянного сигнала и семнадцатый сумматор 80, второй вход которого подключен к выходу датчика 35 массы, а выход – ко второму входу тридцать первого блока 78 умножения, последовательно соединенные дифференциатор 81, подключенный к выходу четвертого датчика 82 ускорения, установленного в четвертой степени подвижности манипулятора, и вторым входам двадцать третьего 67, тридцатого 77 и тридцать второго 83 блоков умножения, и тридцать третий блок 84 умножения, второй вход которого подключен к выходу двадцать второго блока 66 умножения, а выход - к третьему входу шестнадцатого сумматора 73, причем первый вход тридцать второго блока 83 умножения подключен к выходу девятого сумматора 33 и к второму входу двадцать второго блока 66 умножения, а выход – ко второму входу двадцать шестого блока 72 умножения, объект управления 85.

На фиг. 1 и 2 введены следующие обозначения: - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки привода; - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 5; - соответствующие обобщенные координаты манипулятора; - скорости изменения соответствующих обобщенных координат; - скорость вращения ротора электродвигателя; - ускорение ротора двигателя первой степени подвижности; - соответственно, скорости и ускорения второй, третьей и четвертой обобщенных координат; - соответственно, массы первого, второго звеньев манипулятора и захваченного груза; - расстояние от оси вращения второго звена до его центра масс при ; - расстояние от центра масс второго звена до средней точки схвата, - моменты инерции соответствующих звеньев манипулятора относительно их продольных осей .

В изобретении рассматривается электропривод манипулятора, обеспечивающий его вращение относительно вертикальной оси, то есть он управляет обобщенной координатой .

Устройство работает следующим образом. На вход подается управляющее воздействие , обеспечивающее требуемый закон управления электроприводом. При этом на выходе первого сумматора 1 вырабатывается сигнал ошибки , который после коррекции в первом блоке 2 умножения, втором сумматоре 3 и десятом сумматоре 41, усиливаясь, поступает на электродвигатель 5 с редуктором, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала и внешнего моментного воздействия .

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 электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы. Моментные характеристики электропривода зависят от изменения координат В связи с этим для качественного управления координатой необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат , а также переменной массы груза m_Г на динамические свойства рассматриваемого электропривода.

Второй усилитель 20 имеет коэффициент усиления, равный 2. Поэтому на выходе третьего блока 22 умножения формируется сигнал на выходе десятого блока 44 умножения - сигнал а на выходе восемнадцатого блока 59 умножения – сигнал

Первый положительный вход одиннадцатого сумматора 46 (со стороны десятого блока 44 умножения) имеет коэффициент усиления, равный 2, а его второй положительный вход - единичный коэффициент усиления. В результате на выходе одиннадцатого сумматора 46 формируется сигнал

Задатчики постоянного сигнала 11 и 31 формируют сигналы соответственно. Положительные входы третьего 10 и восьмого 32 сумматоров имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на их выходах формируются сигналы соответственно, а на выходах пятого 34 и шестого 36 блоков умножения – сигналы соответственно, так как датчик 35 массы измеряет массу m_Г.

Второй задатчик 14 постоянного сигнала подает на второй положительный вход четвертого сумматора 13 с единичным коэффициентом усиления сигнал, равный Его третий (со стороны шестого блока 36 умножения) и первый положительные входы имеют коэффициенты усиления, соответственно, равные единице и В результате на выходе четвертого блока 26 умножения формируется сигнал где - момент инерции второго звена манипулятора относительно поперечной оси, проходящей через его центр масс.

Четвертый задатчик 28 подает на второй положительный вход седьмого сумматора 27, имеющий единичный коэффициент усиления, сигнал, равный где - момент инерции ротора электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу электродвигателя; - передаточное отношение редуктора 7. Третий (со стороны третьего квадратора 30) и первый положительные входы этого сумматора имеют коэффициенты усиления, равные и единице, соответственно. В результате на выходе седьмого сумматора 27 формируется сигнал

На выходе задатчика 16 постоянного сигнала формируется сигнал . Первый отрицательный (со стороны четвертого сумматора 13) и второй положительный входы пятого сумматора 15 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе второго блока 17 умножения формируется сигнал , а на выходе одиннадцатого блока 47 умножения – сигнал

Второй (со стороны пятого блока 34 умножения) и первый положительные входы девятого сумматора 33 имеют коэффициенты усиления, равные 2 и соответственно. В результате на выходе сумматора девятого 33 формируется сигнал на выходе восьмого блока 38 умножения – сигнал

а на выходе двадцать третьего 67 блока умножения – сигнал , поскольку на выходе двадцать первого блока 65 умножения формируется сигнал .

Положительные входы шестого сумматора 18 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе девятого блока 40 умножения формируется сигнал .

Первый положительный (со стороны первого сумматора 1) и второй отрицательный входы десятого сумматора 41 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный соответственно. В результате на его выходе формируется сигнал а на выходе первого блока 2 умножения – сигнал где , соответственно, коэффициент противо-ЭДС электродвигателя 5 и коэффициент усиления усилителя 4.

На выходе семнадцатого блока 57 умножения формируется сигнал на выходе двенадцатого блока 49 умножения - сигнал на выходе четырнадцатого блока 53 умножения – сигнал а на выходе пятнадцатого блока 54 умножения – сигнал Первый положительный (со стороны двенадцатого блока 49 умножения) и второй отрицательный входы тринадцатого сумматора 51 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе тринадцатого блока 52 умножения формируется сигнал

Первый (со стороны одиннадцатого блока 47 умножения), второй (со тринадцатого блока 52 умножения) положительные и третий (со стороны пятнадцатого блока 54 умножения) отрицательный входы двенадцатого сумматора 48 имеют единичные коэффициенты усиления, а его четвертый (со стороны пятого квадратора 56) и пятый (со стороны семнадцатого блока 57 умножения) положительные – соответственно, коэффициенты усиления, равные В результате на выходе двенадцатого сумматора 48 формируется сигнал

а на выходе девятнадцатого блока 60 умножения - сигнал

Второй (со стороны двадцатого блока 63 умножения), третий (со стороны третьего датчика 62 ускорения) и первый положительные входы четырнадцатого сумматора 61 имеют коэффициенты усиления соответственно, где - коэффициент вязкого трения. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал

На выходе шестого задатчика 79 постоянного сигнала формируется сигнал m₂. Первый и второй положительные входы семнадцатого сумматора 80 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе тридцать первого блока 78 умножения формируется сигнал

На первый положительный вход пятнадцатого сумматора 71, имеющий коэффициент усиления 1/i_p, (со стороны двадцать пятого блока 70 умножения) поступает сигнал , а на его второй отрицательный вход – сигнал . В результате на выходе двадцать шестого блока 72 умножения формируется сигнал

На выходе тридцать третьего блока 84 умножения формируется сигнал .

Все входы шестнадцатого сумматора 73 положительные. Его первый (со стороны двадцать шестого блока 72 умножения) и третий (со стороны тридцать третьего блока 84 умножения) входы имеют коэффициенты усиления 1/2, а второй - единичный. В результате на выходе шестнадцатого сумматора 73 формируется сигнал

Первый (со стороны первого блока 2 умножения), второй (со стороны релейного элемента 42), третий (со стороны первого датчика 6 скорости), четвертый (со стороны девятого блока 40 умножения), пятый (со стороны четырнадцатого сумматора 61) положительные, а шестой (со стороны двадцать третьего блока 67 умножения) и седьмой (со стороны шестнадцатого сумматора 73) отрицательные входы второго сумматора 3, соответственно, имеют коэффициенты усиления, равные где - активное сопротивление якорной обмотки электродвигателя 5, - индуктивность якорной обмотки электродвигателя 5, - номинальное значение приведенного к валу электродвигателя 5 момента инерции, - коэффициент вязкого трения, - коэффициент крутящего момента электродвигателя 5. В результате на выходе второго сумматора 3 формируется сигнал

(1)

т.к. релейный элемент 42 имеет характеристику

где > 0 - величина сухого трения движения.

Из уравнения Лагранжа 2 рода несложно определить, что моментное воздействие на рассматриваемый электропривод со стороны других степеней подвижности манипулятора имеет вид

(2)

С учетом соотношения (2), а также уравнений электрической и механической

цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой , можно описать дифференциальным уравнением

(3)

где - момент сухого трения, приведенный к валу электродвигателя, i – ток в якорной обмотке электродвигателя. Причем

Очевидно, что уравнение (3) при движении манипулятора за счет существенного изменения составляющих А, В, С, их производных и Р имеет переменные параметры. В результате электропривод, описываемый этим уравнением, имеет переменные динамические свойства и качественные показатели. Однако сформированный сигнал управления (1) обеспечивает превращение дифференциального уравнения нагруженного электропривода (3) с существенно переменными параметрами в уравнение с номинальными постоянными параметрами При этом за счет выбора К_У и рассматриваемому электроприводу можно придать заданные динамические свойства и качественные показатели работы.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания систем управления приводами манипуляторов. Технический результат заключается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение моментного воздействия, необходимого для обеспечения полной инвариантности его показателей качества к непрерывно изменяющимся параметрам нагрузки электропривода заданной степени подвижности робота. Это позволяет получить стабильно высокое качество управления в любых режимах его работы. 2 ил.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель, электродвигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор – с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом электропривода, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, первый квадратор, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика постоянного сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика постоянного сигнала, второй блок умножения и шестой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, второй усилитель, первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, установленного во второй степени подвижности манипулятора, а выход – к второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, вход которого подключен к входу второго усилителя, второй квадратор, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, и седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого задатчика постоянного сигнала, его третий вход через последовательно соединенные третий функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, и третий квадратор – к входу второго усилителя, последовательно соединенный пятый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу девятого сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход – к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора, а его второй вход – к выходу девятого сумматора, вторым входом подключенного к выходу пятого блока умножения, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, а выход – с вторым входом шестого сумматора, девятый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора, десятый сумматор, релейный элемент, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, а вход – к выходу первого датчика скорости, третьему входу второго сумматора и первому входу девятого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, причем первый вход десятого сумматора подключен к выходу первого сумматора, его второй вход – к выходу первого датчика скорости, а выход – к первому входу первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго усилителя, десятый блок умножения, второй вход которого через четвертый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, одиннадцатый сумматор, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и двенадцатый сумматор, последовательно соединенные двенадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, а его второй вход – к выходу второго квадратора, тринадцатый сумматор и тринадцатый блок умножения, выход которого подключен к второму входу двенадцатого сумматора, последовательно соединенные четырнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, и пятнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен также со вторым входом тринадцатого сумматора, а его второй вход – со вторым входом тринадцатого блока умножения и выходом девятого сумматора, а выход – с третьим входом двенадцатого сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, а второй вход – с выходом третьего датчика скорости и вторым входом четырнадцатого блока умножения, и пятый квадратор, выход которого подключен к четвертому входу двенадцатого сумматора и первому входу семнадцатого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы, а выход – с пятым входом двенадцатого сумматора, последовательно соединенные второй датчик ускорения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, а выход – к второму входу одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные девятнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом двенадцатого сумматора, а второй – с выходом первого датчика скорости, и четырнадцатый сумматор, выход которого подключен к пятому входу второго сумматора, а также последовательно соединенные третий датчик ускорения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и двадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход – к второму входу четырнадцатого сумматора, третий вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные пятый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, двадцать первый, двадцать второй и двадцать третий блоки умножения, выход последнего подключен к шестому входу второго сумматора, последовательно соединенные шестой функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключенный входом к выходу первого датчика положения и ко входу пятого функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя и ко второму входу двадцать первого блока умножения, двадцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, пятнадцатый сумматор, двадцать шестой блок умножения и шестнадцатый сумматор, выход которого подключен к седьмому входу второго сумматора, последовательно соединенные двадцать седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу пятого функционального преобразователя, а второй - к выходу третьего функционального преобразователя, и двадцать восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а выход – ко второму входу пятнадцатого сумматора, последовательно соединенные двадцать девятый блок умножения, первый и второй входы которого подключены к выходам третьего датчика скорости и двадцать первого блока умножения, тридцатый и тридцать первый блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу шестнадцатого сумматора, последовательно соединенные шестой задатчик постоянного сигнала и семнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а выход – ко второму входу тридцать первого блока умножения, последовательно соединенные дифференциатор, подключенный к выходу четвертого датчика ускорения, установленного в четвертой степени подвижности манипулятора, и вторым входам двадцать третьего, тридцатого и тридцать второго блоков умножения, и тридцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двадцать второго блока умножения, а выход - к третьему входу шестнадцатого сумматора, причем первый вход тридцать второго блока умножения подключен к выходу девятого сумматора и к второму входу двадцать второго блока умножения, а выход – ко второму входу двадцать шестого блока умножения.