Самонастраивающийся электропривод манипулятора Российский патент 2017 года по МПК B25J13/00 B25J9/16 

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

Известен электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения, первый сумматор, усилитель и электродвигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор – с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика сигнала, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика сигнала, третий вход через второй квадратор - к выходу третьего сумматора, а выход – ко второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные третий блок умножения, первый вход которого соединен с выходом датчика массы, а второй вход – с выходом четвертого сумматора, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика скорости, и пятый блок умножения, седьмой сумматор, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, выход – к первому входу первого блока умножения, а второй вход – ко второму входу пятого блока умножения, выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и первому входу восьмого сумматора, второй вход которого подключен к выходу релейного блока, третий вход - к выходу пятого блока умножения, а выход – ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости и третий квадратор, выход которого подключен ко второму входу шестого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель и первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, выход которого подключен к второму входу седьмого блока умножения, а также последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos и подключенный входом к выходу первого датчика положения и входу второго усилителя, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом шестого сумматора, а выход - со вторым входом десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик положения, третий функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, десятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика ускорения, и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого через четвертый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, подключен к выходу первого датчика положения, а выход – к пятому входу восьмого сумматора (см. патент России № 2434736, 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 последовательно соединенные первый блок умножения и первый сумматор, последовательно подключенные усилитель и двигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор – с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, четвертый сумматор, первый квадратор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу третьего блока умножения, а выход – к первому входу пятого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика постоянного сигнала, а третьим входом – с выходом второго квадратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу шестого сумматора, соединенного выходом с первым входом четвертого блока умножения, а вторым входом – с выходом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика постоянного сигнала, выход третьего задатчика постоянного сигнала подключен к второму входу третьего сумматора, а выход второго датчика скорости соединен с вторым входом четвертого блока умножения, а также пятый блок умножения, седьмой сумматор и последовательно соединенные релейный блок и восьмой сумматор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выходом соединенного с входом усилителя, выход первого датчика скорости подключен к входу релейного блока, к второму входу восьмого сумматора и первому входу седьмого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход – с первым входом первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора, первый вход пятого блока умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, его второй вход – с выходом первого датчика скорости, а выход – с третьим входом восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик постоянного сигнала, одиннадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом шестого сумматора, и восьмой блок умножения, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости и третий квадратор, выход которого соединен с вторым входом шестого блока умножения, последовательно соединенные третий датчик положения, второй усилитель и первый функциональный преобразователь, выход которого подключен к второму входу седьмого блока умножения, а второй вход восьмого блока умножения через второй функциональный преобразователь соединен с выходом третьего датчика положения, первый датчик ускорения, установленный на выходном валу двигателя, девятый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, его второй вход – к третьему входу первого сумматора и выходу первого датчика ускорения, а выход – к пятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый квадратор, десятый блок умножения, двенадцатый сумматор и одиннадцатый блок умножения, выход которого соединен с шестым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные двенадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, тринадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика ускорения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и четырнадцатый сумматор, выход которого соединен с седьмым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные пятнадцатый, шестнадцатый и семнадцатый блоки умножения, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго усилителя, восемнадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего квадратора и вторым входом семнадцатого блока умножения, девятнадцатый блок умножения, выход которого подключен к второму входу тринадцатого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения двадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу сумматора, и двадцать первый блок умножения, второй вход которого соединен с вторыми входами одиннадцатого и девятнадцатого блоков умножения, а также с выходом первого датчика скорости, а его выход – с третьим выходом четырнадцатого сумматора, последовательно соединенные двадцать второй блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и двадцать третий блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика скорости, входом четвертого квадратора и вторым входом шестнадцатого блока умножения, а его выход – с четвертым входом четырнадцатого сумматора, последовательно соединенные шестой задатчик постоянного сигнала и пятнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а выход – к второму входу десятого блока умножения, последовательно соединенные третий датчик ускорения и двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора и первому входу пятнадцатого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого функционального преобразователя и вторым входом двенадцатого блока умножения, а выход семнадцатого блока умножения подключен ко второму входу четырнадцатого сумматора, объект управления (см. патент России № 2054350, МПК В25 J 13/00, 1996 г.).

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

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 манипулятор 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 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 последовательно соединенные первый блок умножения и первый сумматор, последовательно подключенные усилитель и двигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор – с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, третий сумматор, четвертый сумматор, первый квадратор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу третьего блока умножения, а выход – к первому входу пятого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика постоянного сигнала, а третьим входом – с выходом второго квадратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу шестого сумматора, соединенного выходом с первым входом четвертого блока умножения, а вторым входом – с выходом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика постоянного сигнала, выход третьего задатчика постоянного сигнала подключен к второму входу третьего сумматора, а выход второго датчика скорости, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, соединен со вторым входом четвертого блока умножения, выход которого подключен к первому входу пятого блока умножения, последовательно соединенные релейный блок и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, к первому входу седьмого сумматора, к входу релейного блока, к второму входу пятого блока умножения, выход которого подключен к третьему входу восьмого сумматора, а выход - ко второму входу первого сумматора, выходом соединенного с входом усилителя, причем второй вход седьмого сумматора соединен с выходом второго сумматора, а выход – с первым входом первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные первый датчик ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и восьмой блок умножения, девятый блок умножения, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и третий квадратор, выход которого соединен с вторым входом шестого блока умножения, пятый задатчик постоянного сигнала, последовательно соединенные второй усилитель и первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, выход которого подключен ко второму входу седьмого блока умножения, а первый вход девятого блока умножения через второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика положения и к входу второго усилителя, второй датчик ускорения, установленный на выходном валу двигателя, десятый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, второй вход – к третьему входу первого сумматора и выходу второго датчика ускорения, а выход – к пятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый квадратор, одиннадцатый блок умножения, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, выход которого соединен с шестым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные тринадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика 36 скорости, четырнадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, двенадцатый сумматор, пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и тринадцатый сумматор, выход которого соединен с седьмым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый, семнадцатый и восемнадцатый блоки умножения, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго усилителя, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего квадратора и вторым входом восемнадцатого блока умножения, двадцатый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу двенадцатого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, к вторым входам восьмого и девятого блоков умножения и к первому входу шестнадцатого блока умножения, и двадцать второй блок умножения, второй вход которого соединен со вторыми входами двенадцатого и двадцатого блоков умножения, а также с выходом первого датчика скорости, а его выход – с третьим входом тринадцатого сумматора, второй вход которого подключен к выходу восемнадцатого блока умножения, последовательно соединенные двадцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика скорости, входом четвертого квадратора и вторым входом семнадцатого блока умножения, а его выход – с четвертым входом тринадцатого сумматора, четырнадцатый сумматор, первый вход которого подключен к выходу пятого задатчика постоянного сигнала, второй - к выходу датчика массы, а выход – к вторым входам одиннадцатого и двадцать третьего блоков умножения, причем второй вход шестнадцатого блока умножения соединен с выходом первого функционального преобразователя и вторым входом тринадцатого блока умножения, а второй вход одиннадцатого сумматора – с выходом восьмого блока умножения, дополнительно вводятся последовательно соединенные третий датчик положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, пятый функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, двадцать пятый блок умножения, второй вход которого через шестой функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, подключен к выходу первого датчика положения, двадцать шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, двадцать седьмой блок умножения, выход которого подключен к восьмому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, установленный в четвертой степени подвижности манипулятора, дифференциатор, двадцать восьмой блок умножения, пятнадцатый сумматор и двадцать девятый блок умножения, выход которого подключен к девятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные седьмой функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя, тридцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, шестнадцатый сумматор и тридцать второй блок умножения, выход которого подключен ко второму входу пятнадцатого сумматора, последовательно соединенные тридцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого датчика ускорения и к второму входу тридцать второго блока умножения, второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения и к второму входу двадцать восьмого блока умножения, тридцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и тридцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора, а выход – к десятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные тридцать шестой блок умножения, первый вход которого через восьмой функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика положения, а второй – к выходу пятого функционального преобразователя, тридцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, а выход – ко второму входу шестнадцатого сумматора.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствуют 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 – его кинематическая схема.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора содержит последовательно соединенные первый блок 1 умножения и первый сумматор 2, последовательно подключенные усилитель 3 и двигатель 4, связанные с первым датчиком 5 скорости непосредственно и через редуктор 6 – с первым датчиком 7 положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 8, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик 9 положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, третий сумматор 10, четвертый сумматор 12, первый квадратор 14 и второй блок 15 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 16 массы и первому входу третьего блока 20 умножения, а выход – к первому входу пятого сумматора 17, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика 11 постоянного сигнала, а третьим входом – с выходом второго квадратора 19, вход которого подключен к выходу третьего сумматора 10 и первому входу шестого сумматора 21, соединенного выходом с первым входом четвертого блока 22 умножения, а вторым входом – с выходом третьего блока 20 умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора 12, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика 13 постоянного сигнала, выход третьего задатчика 18 постоянного сигнала подключен к второму входу третьего сумматора 10, а выход второго датчика 23 скорости, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, соединен со вторым входом четвертого блока 22 умножения, выход которого подключен к первому входу пятого блока 24 умножения, последовательно соединенные релейный блок 26 и восьмой сумматор 27, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 5 скорости, к первому входу седьмого сумматора 25, к входу релейного блока 26, к второму входу пятого блока 24 умножения, выход которого подключен к третьему входу восьмого сумматора 27, а выход - ко второму входу первого сумматора 2, выходом соединенного с входом усилителя 3, причем второй вход седьмого сумматора 25 соединен с выходом второго сумматора 8, а выход – с первым входом первого блока 1 умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора 17, последовательно соединенные четвертый задатчик 28 постоянного сигнала, девятый сумматор 29, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора 17, шестой 30 и седьмой 31 блоки умножения и десятый сумматор 32, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные первый датчик 33 ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и восьмой блок 34 умножения, девятый блок 35 умножения, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора 32, последовательно соединенные третий датчик 36 скорости, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и третий квадратор 37, выход которого соединен с вторым входом шестого блока 30 умножения, пятый задатчик 38 постоянного сигнала, последовательно соединенные второй усилитель 39 и первый функциональный преобразователь 40, реализующий функцию sin, выход которого подключен ко второму входу седьмого блока 31 умножения, а первый вход девятого блока 35 умножения через второй функциональный преобразователь 41, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика 7 положения и к входу второго усилителя 39, второй датчик 42 ускорения, установленный на выходном валу двигателя 4, десятый блок 43 умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого блока 22 умножения, второй вход – к третьему входу первого сумматора 2 и выходу второго датчика 42 ускорения, а выход – к пятому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные четвертый квадратор 44, одиннадцатый блок 45 умножения, одиннадцатый сумматор 46 и двенадцатый блок 47 умножения, выход которого соединен с шестым входом восьмого сумматора 27, последовательно соединенные тринадцатый блок 48 умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика 36 скорости, четырнадцатый блок 49 умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика 50 ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, двенадцатый сумматор 51, пятнадцатый блок умножения 52, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора 29, и тринадцатый сумматор 53, выход которого соединен с седьмым входом восьмого сумматора 27, последовательно соединенные шестнадцатый 54, семнадцатый 55 и восемнадцатый 56 блоки умножения, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь 57, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго усилителя 39, девятнадцатый блок 58 умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего квадратора 37 и вторым входом восемнадцатого блока 56 умножения, двадцатый блок 59 умножения, выход которого подключен ко второму входу двенадцатого сумматора 51, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь 60, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу первого датчика 7 положения, двадцать первый блок 61 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 21, к вторым входам восьмого 34 и девятого 35 блоков умножения и к первому входу шестнадцатого 54 блока умножения, и двадцать второй блок 62 умножения, второй вход которого соединен со вторыми входами двенадцатого 47 и двадцатого 59 блоков умножения, а также с выходом первого датчика 5 скорости, а его выход – с третьим входом тринадцатого сумматора 53, второй вход которого подключен к выходу восемнадцатого блока 56 умножения, последовательно соединенные двадцать третий блок 63 умножения, первый вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя 41, и двадцать четвертый блок 64 умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика 23 скорости, входом четвертого квадратора 44 и вторым входом семнадцатого блока 55 умножения, а его выход – с четвертым входом тринадцатого сумматора 53, четырнадцатый сумматор 65, первый вход которого подключен к выходу пятого задатчика 38 постоянного сигнала, второй - к выходу датчика 16 массы, а выход – к вторым входам одиннадцатого 45 и двадцать третьего 63 блоков умножения, причем второй вход шестнадцатого блока 54 умножения соединен с выходом первого функционального преобразователя 40 и вторым входом тринадцатого блока 48 умножения, а второй вход одиннадцатого сумматора 46 – с выходом восьмого блока 34 умножения, последовательно соединенные третий датчик 66 положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, пятый функциональный преобразователь 67, реализующий функцию cos, двадцать пятый блок 68 умножения, второй вход которого через шестой функциональный преобразователь 69, реализующий функцию sin, подключен к выходу первого датчика 7 положения, двадцать шестой блок 70 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 21, двадцать седьмой блок 71 умножения, выход которого подключен к восьмому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные четвертый датчик 72 ускорения, установленный в четвертой степени подвижности манипулятора, дифференциатор 73, двадцать восьмой блок 74 умножения, пятнадцатый сумматор 75 и двадцать девятый блок 76 умножения, выход которого подключен к девятому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные седьмой функциональный преобразователь 77, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу третьего датчика 66 положения, тридцатый 78 блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя 69, тридцать первый блок 79 умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика 36 скорости, шестнадцатый сумматор 80 и тридцать второй блок 81 умножения, выход которого подключен ко второму входу пятнадцатого сумматора 75, последовательно соединенные тридцать третий блок 82 умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого датчика 72 ускорения и к второму входу тридцать второго блока 81 умножения, второй вход - к выходу двадцать пятого блока 68 умножения и к второму входу двадцать восьмого блока 74 умножения, тридцать четвертый блок 83 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 23 скорости, и тридцать пятый блок 84 умножения, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора 65, а выход – к десятому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные тридцать шестой блок 85 умножения, первый вход которого через восьмой функциональный преобразователь 86, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика 7 положения, а второй – к выходу пятого функционального преобразователя 67, тридцать седьмой блок 87 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 5 скорости, а выход – ко второму входу шестнадцатого сумматора 80. Объект управления 88.

На фиг. 1 и 2 введены следующие обозначения: - сигнал с выхода программного устройства; - сигнал ошибки привода; - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 4; - соответствующие обобщенные координаты манипулятора; - скорости изменения соответствующих обобщенных координат; - скорость вращения ротора электродвигателя; - ускорения 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.

В изобретении рассматривается электропривод, который обеспечивает вращение относительно горизонтальной оси (координата ) звена манипулятора робота типа «Юнимент» (см. фиг. 2).

Рассматриваемый электропривод работает следующим образом. На его вход подается управляющее воздействие , обеспечивающее требуемый закон его управления. При этом на выходе второго сумматора 8 вырабатывается сигнал ошибки , который после коррекции в первом блоке 1 умножения, первом сумматоре 2 и седьмом сумматоре 25, усиливаясь, поступает на электродвигатель 4, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала , моментов трения и внешнего моментного воздействия .

Рассматриваемый электропривод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния степеней подвижности манипулятора обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает качественные показатели его работы и даже приводит к потере устойчивости. 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 на динамические свойства рассматриваемого электропривода.

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

Положительные входы третьего 10 и четвертого 12 сумматоров имеют единичные коэффициенты усиления. Третий задатчик 18 постоянного сигнала вырабатывает сигнал , а второй задатчик 13 постоянного сигнала – сигнал . В результате на выходе третьего сумматора 10 формируется сигнал на выходе четвертого сумматора 12 – сигнал , на выходе второго блока 15 умножения - сигнал , а на выходе второго квадратора 19 – сигнал

С выхода первого задатчика 11 постоянного сигнала на второй положительный вход пятого сумматора 17, имеющий единичный коэффициент усиления, поступает сигнал, равный , где J - момент инерции якоря электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу электродвигателя; - момент инерции второго звена манипулятора относительно поперечной оси, проходящей через его центр масс, а - передаточное отношение редуктора 6. Поскольку первый (со стороны второго блока 15 умножения) и третий (со стороны второго квадратора 19) положительные входы этого сумматора, соответственно, имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный , то на его выходе формируется сигнал а на выходе блока 1 – сигнал

На выходе третьего блока 20 умножения формируется сигнал Второй положительный вход шестого сумматора 21 (со стороны третьего сумматора 10) имеет коэффициент усиления , а его первый положительный вход – коэффициент усиления 2. В результате на выходе четвертого блока 22 умножения формируется сигнал , а на выходе пятого блока 24 умножения – сигнал .

Поскольку на выходе шестого сумматора 21 имеется сигнал , то на выходе девятого блока 35 умножения формируется сигнал .

Задатчик 28 постоянного сигнала вырабатывает сигнал , где - момент инерции второго звена манипулятора относительно его продольной оси. Первый отрицательный (со стороны четвертого задатчика 28 постоянного сигнала) и второй положительный входы девятого сумматора 29 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал

.

Второй усилитель 39 имеет коэффициент усиления 2. В результате на выходе седьмого блока 31 умножения формируется сигнал

Первый положительный вход десятого сумматора 32 (со стороны седьмого блока 31 умножения) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход – коэффициент усиления g/2, где g - ускорение свободного падения. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал А = +

+

На выходе десятого блока 43 умножения формируется сигнал а на выходе двадцать седьмого блока 71 умножения - сигнал

2В =

Выходной сигнал релейного блока 26 имеет вид

где - величина момента сухого трения при движении.

На выходе пятого задатчика 38 постоянного сигнала формируется сигнал , в результате на выходе четырнадцатого сумматора 65, имеющего положительные входы с коэффициентами усиления, равными 2, формируется сигнал , а на выходе одиннадцатого сумматора 46, имеющего положительные входы с единичными коэффициентами усиления – сигнал .

Первый (со стороны четырнадцатого блока 49 умножения) и второй положительные входы двенадцатого сумматора 51 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный , соответственно, и, так как , то на выходе этого сумматора формируется сигнал , а на выходе пятнадцатого блока 52 умножения – сигнал

.

На выходе восемнадцатого блока 56 умножения формируется сигнал

, на выходе двадцать четвертого блока 64 умножения – сигнал

а на выходе двадцать второго блока 62 умножения – сигнал

Первый (со стороны пятнадцатого блока 52 умножения), второй (со стороны восемнадцатого блока 56 умножения) и четвертый (со стороны двадцать четвертого блока 64 умножения) положительные входы тринадцатого сумматора 53 имеют коэффициенты усиления 2, 1 и соответственно, а его третий отрицательный вход – коэффициент усиления . В результате на выходе тринадцатого сумматора 53 формируется сигнал

Первый отрицательный (со стороны тридцать первого блока 79 умножения) и второй положительный входы шестнадцатого сумматора 80, соответственно, имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный . В результате на выходе тридцать второго блока 81 умножения будет формироваться сигнал .

На выходе тридцать пятого блока 84 умножения формируется сигнал

Положительные входы пятнадцатого сумматора 75 имеют коэффициенты усиления 1/2. В результате на выходе девятого блока 76 умножения формируется сигнал

.

Первый (со стороны релейного блока 26), второй (со стороны датчика 5 скорости), третий (со стороны пятого блока 24 умножения), четвертый (со стороны десятого сумматора 32), пятый (со стороны десятого блока 43 умножения), шестой (со стороны двенадцатого блока 47 умножения), седьмой (со стороны тринадцатого сумматора 53), положительные, а также восьмой (со стороны двадцать седьмого блока 71 умножения), девятый (со стороны двадцать девятого блока 76 умножения) и десятый (со стороны тридцать пятого блока 84 умножения) отрицательный входы восьмого сумматора 27, соответственно, имеют коэффициенты усиления: единичный, , , , 1/(2i_p), , где - коэффициент крутящего момента, - коэффициент противо-ЭДС, - коэффициент вязкого трения, - активное сопротивление, а L – индуктивность якорной обмотки электродвигателя.

В результате на выходе восьмого сумматора 27 формируется сигнал

, где

Первый (со стороны первого блока 1 умножения), второй (со стороны восьмого сумматора 27) и третий положительные входы первого сумматора 2, соответственно, имеют коэффициенты усиления , где - коэффициент усиления усилителя 3, - номинальное значение момента инерции, приведенного к валу электродвигателя.

(1)

На основе уравнений Лагранжа II рода можно записать, что моментное воздействие на выходной вал электропривода, управляющего координатой , при движении манипулятора (фиг. 2) с грузом имеет вид:

(2)

С учетом соотношения (2), а также уравнений механической и электрической цепей электродвигателя 4 постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой , можно описать дифференциальным уравнением

, (3) где - ток якоря, - момент сухого трения.

Из выражения (3) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, и параметры электропривода, управляющего координатой , являются существенно переменными. В результате при работе меняются (и притом существенно) его динамические свойства. Для решения поставленной задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое стабилизирует параметры этого электропривода так, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми коэффициентами.

Поскольку при движении электропривода достаточно точно соответствует , то сигнал (1), как несложно убедиться, обеспечивает превращение уравнения (3) с существенно переменными параметрами в уравнение с постоянными параметрами, обеспечивающими электроприводу заданные динамические свойства и показатели качества за счет соответствующего выбора величин

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 последовательно соединенные первый блок умножения и первый сумматор, последовательно подключенные усилитель и двигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор – с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу электропривода, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, третий сумматор, четвертый сумматор, первый квадратор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу третьего блока умножения, а выход – к первому входу пятого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика постоянного сигнала, а третьим входом – с выходом второго квадратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу шестого сумматора, соединенного выходом с первым входом четвертого блока умножения, а вторым входом – с выходом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика постоянного сигнала, выход третьего задатчика постоянного сигнала подключен к второму входу третьего сумматора, а выход второго датчика скорости, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, соединен со вторым входом четвертого блока умножения, выход которого подключен к первому входу пятого блока умножения, последовательно соединенные релейный блок и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, к первому входу седьмого сумматора, к входу релейного блока, к второму входу пятого блока умножения, выход которого подключен к третьему входу восьмого сумматора, а выход - ко второму входу первого сумматора, выходом соединенного с входом усилителя, причем второй вход седьмого сумматора соединен с выходом второго сумматора, а выход – с первым входом первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные первый датчик ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и восьмой блок умножения, девятый блок умножения, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и третий квадратор, выход которого соединен с вторым входом шестого блока умножения, пятый задатчик постоянного сигнала, последовательно соединенные второй усилитель и первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, выход которого подключен ко второму входу седьмого блока умножения, а первый вход девятого блока умножения через второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика положения и к входу второго усилителя, второй датчик ускорения, установленный на выходном валу двигателя, десятый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, второй вход – к третьему входу первого сумматора и выходу второго датчика ускорения, а выход – к пятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый квадратор, одиннадцатый блок умножения, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, выход которого соединен с шестым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные тринадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, четырнадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, двенадцатый сумматор, пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и тринадцатый сумматор, выход которого соединен с седьмым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый, семнадцатый и восемнадцатый блоки умножения, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго усилителя, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего квадратора и вторым входом восемнадцатого блока умножения, двадцатый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу двенадцатого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, к вторым входам восьмого и девятого блоков умножения и к первому входу шестнадцатого блока умножения, и двадцать второй блок умножения, второй вход которого соединен со вторыми входами двенадцатого и двадцатого блоков умножения, а также с выходом первого датчика скорости, а его выход – с третьим входом тринадцатого сумматора, второй вход которого подключен к выходу восемнадцатого блока умножения, последовательно соединенные двадцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика скорости, входом четвертого квадратора и вторым входом семнадцатого блока умножения, а его выход – с четвертым входом тринадцатого сумматора, четырнадцатый сумматор, первый вход которого подключен к выходу пятого задатчика постоянного сигнала, второй - к выходу датчика массы, а выход – к вторым входам одиннадцатого и двадцать третьего блоков умножения, причем второй вход шестнадцатого блока умножения соединен с выходом первого функционального преобразователя и вторым входом тринадцатого блока умножения, а второй вход одиннадцатого сумматора – с выходом восьмого блока умножения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные третий датчик положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, пятый функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, двадцать пятый блок умножения, второй вход которого через шестой функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, подключен к выходу первого датчика положения, двадцать шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, двадцать седьмой блок умножения, выход которого подключен к восьмому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, установленный в четвертой степени подвижности манипулятора, дифференциатор, двадцать восьмой блок умножения, пятнадцатый сумматор и двадцать девятый блок умножения, выход которого подключен к девятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные седьмой функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя, тридцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, шестнадцатый сумматор и тридцать второй блок умножения, выход которого подключен ко второму входу пятнадцатого сумматора, последовательно соединенные тридцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого датчика ускорения и к второму входу тридцать второго блока умножения, второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения и к второму входу двадцать восьмого блока умножения, тридцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и тридцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора, а выход – к десятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные тридцать шестой блок умножения, первый вход которого через восьмой функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика положения, а второй – к выходу пятого функционального преобразователя, тридцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, а выход – ко второму входу шестнадцатого сумматора.