САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОПРИВОД МАНИПУЛЯТОРА Российский патент 2019 года по МПК B25J13/00 G05B13/02 

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

Известен электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене исполнительного органа робота, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго косинусного функционального преобразователя, восьмой блок умножения, второй вход которого через третий косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу третьего датчика положения, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика ускорения, а выход - с шестым входом третьего сумматора, последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, десятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом седьмого блока умножения, и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика ускорения, а выход - с седьмым входом третьего сумматора (патент RU №2488479, кл. B25J 13/00, Бюл. №21, 2013 г.).

В этом устройстве не учтена, считаясь малой, электрическая постоянная времени. В результате в рассматриваемом электроприводе не будут точно компенсироваться все его переменные нагрузочные характеристики и обеспечиваться требуемая динамическая точность его работы.

Известен также самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, первый датчик ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и второго квадраторов, седьмой блок умножения и десятый сумматор, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой и девятый блоки умножения подключены к выходам второго датчика скорости и седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, десятый блок умножения, второй вход которого через третий квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и двенадцатый сумматор, второй вход которого через двенадцатый блок умножения подключен к выходу третьего датчика ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу восьмого блока умножения, причем второй вход двенадцатого блока умножения через четырнадцатый блок умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, а второй вход четырнадцатого блока умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, второй вход седьмого блока умножения через пятнадцатый блок умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора, а второй вход пятнадцатого блока умножения подключен к выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и семнадцатый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора, последовательно соединенные дифференциатор и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестнадцатого блока умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцати о блока умножения, двадцатый блок умножения и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора, последовательно соединенные двадцать второй блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, а второй - к выходу четвертого датчика ускорения, входу дифференциатора и вторым входам семнадцатого и двадцатого блоков умножения (патент RU №2562403, G05B 13/02, Бюл. №25, 2015). Это устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению и принято за прототип.

Недостатком является отсутствие в нем полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным изменениям его моментных нагрузочных характеристик, поскольку здесь рассматривается манипулятор с другой кинематической схемой, имеющей меньшее число свободы.

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 манипулятора с заданной кинематической схемой по всем его пяти 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 сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, первый датчик ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и второго квадраторов, седьмой блок умножения и десятый сумматор, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой и девятый блоки умножения подключены к выходам второго датчика скорости и седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, десятый блок умножения, второй вход которого через третий квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и двенадцатый сумматор, второй вход которого через двенадцатый блок умножения подключен к выходу третьего датчика ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу восьмого блока умножения, причем второй вход двенадцатого блока умножения через четырнадцатый блок умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, а второй вход четырнадцатого блока умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, второй вход седьмого блока умножения через пятнадцатый блок умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора, а второй вход пятнадцатого блока умножения подключен к выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и семнадцатый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора, последовательно соединенные первый дифференциатор и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен в выходу шестнадцатого блока умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока умножения, двадцатый блок умножения и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора, последовательно соединенные двадцать второй блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, а второй - к выходу четвертого датчика ускорения, входу первого дифференциатора и вторым входам семнадцатого и двадцатого блоков умножения, дополнительно вводятся последовательно соединенные пятый датчик ускорения и двадцать шестой блок умножения, выход которого подключен к восьмому входу десятого сумматора, последовательно соединенные второй дифференциатор, подключенный к выходу пятого датчика ускорения и двадцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока умножения и второму входу двадцать шестого блока умножения, а выход - к девятому входу десятого сумматора, и последовательно соединенные двадцать восьмой блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и пятого синусных функциональных преобразователей, двадцать девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, четырнадцатый сумматор, второй вход которого через тридцать первый блок умножения подключен к выходу шестнадцатого блока умножения, и тридцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого датчика ускорения, а выход - к десятому входу десятого сумматора, причем второй вход тридцать первого блока умножения подключен к выходу третьего датчика скорости.

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 робота в условиях существенного изменения его параметров нагрузки.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого самонастраивающегося электропривода манипулятора, на фиг. 2 - показана кинематическая схема его исполнительного органа.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, первый усилитель 4 и электродвигатель 5, связанный с первым датчиком 6 скорости непосредственно и через редуктор 7 - с шестерней 8, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик 9 положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок 10 и третий сумматор 11, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, входу релейного блока 10 и второму входу первого сумматора 1, а выход - ко второму входу второго сумматора 3, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора 1, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала, четвертый сумматор 13, второй вход которого соединен с выходом первого датчика 9 положения и с первым входом пятого сумматора 14, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора 1, шестой сумматор 15, ко второму входу которого подключен второй задатчик 16 сигнала, второй блок 17 умножения, седьмой сумматор 18, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора 13, и третий блок 19 умножения, второй вход которого через первый квадратор 20 подключен к выходу второго датчика 21 скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора 11, а также датчик 22 массы, выход которого подключен ко вторым входам первого 2 и второго 17 блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик 23 скорости, четвертый блок 24 умножения, второй квадратор 25 и пятый блок 26 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 18, а выход - к четвертому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные второй датчик 27 положения, первый синусный функциональный преобразователь 28, шестой блок 29 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 22 массы, и восьмой сумматор 30, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя 28, а выход - к пятому входу третьего сумматора 11, второй вход четвертого блока 24 умножения через второй косинусный функциональный преобразователь 31 подключен к выходу второго датчика 27 положения, первый датчик 32 ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные девятый сумматор 33, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого 20 и второго 25 квадраторов, седьмой блок 34 умножения и десятый сумматор 35, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой 36 и девятый 37 блоки умножения подключены к выходам второго датчика 21 скорости и седьмого сумматора 18, а выход - к седьмому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные второй усилитель 38, вход которого подключен к выходу второго датчика 27 положения, третий синусный функциональный преобразователь 39, десятый блок 40 умножения, второй вход которого через третий квадратор 41 подключен к выходу третьего датчика 23 скорости, одиннадцатый сумматор 42, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 43 ускорения, одиннадцатый блок 44 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости, и двенадцатый сумматор 45, второй вход которого через двенадцатый блок 46 умножения подключен к выходу третьего датчика 47 ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока 37 умножения, последовательно соединенные третий задатчик 48 сигнала, тринадцатый сумматор 49, второй вход которого подключен к выходу датчика 22 массы, и тринадцатый блок 50 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя 31, а выход - ко второму входу восьмого блока 36 умножения, причем второй вход двенадцатого блока 46 умножения через четырнадцатый блок 51 умножения соединен с выходом четвертого блока 24 умножения, а второй вход четырнадцатого блока 51 умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя 31, второй вход седьмого блока 34 умножения через пятнадцатый блок 52 умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора 49, а второй вход пятнадцатого блока 52 умножения подключен к выходу первого датчика 6 скорости, последовательно соединенные шестнадцатый блок 53 умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока 50 умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь 54 - к выходу третьего датчика 55 положения, и семнадцатый блок 56 умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора 35, последовательно соединенные первый дифференциатор 58 и восемнадцатый блок 59 умножения, второй вход которого подключен в выходу шестнадцатого блока 53 умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора 35, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь 60, подключенный входом к выходу третьего датчика 55 положения, девятнадцатый блок 61 умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока 50 умножения, двадцатый блок 62 умножения и двадцать первый блок 63 умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика 23 скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора 35, последовательно соединенные двадцать второй блок 64 умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора 49, двадцать третий блок 65 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя 28, двадцать четвертый блок 66 умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора 35, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока 67 умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя 54, а второй - к выходу четвертого датчика 57 ускорения, входу первого дифференциатора 58 и вторым входам семнадцатого 56 и двадцатого 62 блоков умножения, последовательно соединенные пятый датчик 68 ускорения и двадцать шестой блок 69 умножения, выход которого подключен к восьмому входу десятого сумматора 35, последовательно соединенные второй дифференциатор 70, подключенный к выходу пятого датчика 68 ускорения и двадцать седьмой блок 71 умножения, второй вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока 61 умножения и второму входу двадцать шестого блока 69 умножения, а выход - к девятому входу десятого сумматора 35, и последовательно соединенные двадцать восьмой блок 72 умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого 28 и пятого 60 синусных функциональных преобразователей, двадцать девятый блок 73 умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора 33, тридцатый блок 74 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости, четырнадцатый сумматор 75, второй вход которого через тридцать первый блок 76 умножения подключен к выходу шестнадцатого блока 53 умножения, и тридцать второй блок 77 умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого датчика 68 ускорения, а выход - к десятому входу десятого сумматора 35, причем второй вход тридцать первого блока 76 умножения подключен к выходу третьего датчика 23 скорости.

На фиг. 1 и 2 введены следующие обозначения: q_BX - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки электропривода; соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 5; q₁, q₂, q₃, q₄, q₅ - соответствующие обобщенные кординаты исполнительного органа робота; - скорости изменения соответствующих обобщенных координат; - скорость вращения ротора электродвигателя; ускорения первой, второй, третьей, четвертой и пятой обобщенных координат; m₁, m₂, m_Г - соответственно, массы первого, второго звеньев манипулятора и захваченного груза; - расстояние от оси вращения второго звена до его центра масс при q₃=0; l₂ - расстояние от центра масс второго звена до средней точки схвата манипулятора.

В изобретении рассматривается электропривод, который управляет координатой q₃, обеспечивая выдвижение второго телескопического звена исполнительного органа (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом.

Сигнал ошибки ε с выхода сумматора 14 после коррекции в блоках 1, 2, 3, усиливаясь, поступает на электродвигатель 5, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала ε, моментов трения и внешнего моментного воздействия. 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 электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы.

Второе звено манипулятора перемещается электроприводом с помощью передачи шестерня-рейка. Причем рейка установлена вдоль второго звена, а шестерня 8 - на выходном валу редуктора 7 электропривода и имеет радиус r. Несложно показать, что в процессе движения исполнительного органа робота, на его второе звено со стороны электропривода действует сила

где g - ускорение свободного падения.

Сила Р_З в процессе движения манипулятора создает на выходном валу редуктора 7 момент, равный

С учетом соотношения (1), а также уравнения электрической и механической цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q₃, можно описать дифференциальным уравнением

где

R, L - соответственно, активное сопротивление и индуктивность якорной цепи электродвигателя 5; J - момент инерции якоря этого электродвигателя и вращающихся частей редуктора 7, приведенных к его валу; К_М - коэффициент крутящего момента; К_В - коэффициент противоЭДС электродвигателя; К_В - коэффициент вязкого трения; i_p - передаточное отношение редуктора 7; М_СТР - момент сухого трения; К_у - коэффициент усиления усилителя 5; i - ток якоря электродвигателя.

Из уравнения (2) видно, что его параметры, а следовательно, и параметры электропривода, управляющего координатой q₃, являются существенно переменными, зависящими от величин m_Г, . В результате в процессе работы этого электропривода меняются (притом существенно) его динамические свойства. Поэтому для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры этого электропривода так, чтобы он всегда описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.

Датчики 55, 27 и 9 установлены соответственно в первой, второй и третьей степенях подвижности манипулятора (фиг. 2) и измеряют обобщенные координаты q₁, q₂ и q₃, соответственно. Датчики 23, 21 и 6 также установлены в первой, второй и третьей степенях подвижности манипулятора и измеряют скорости соответственно, а датчики 47, 43, 32, 57 и 68 - в его первой, второй, третьей, четвертой, пятой степенях подвижности и измеряют ускорения соответственно.

Первый отрицательный (со стороны датчика 9) и второй положительный входы сумматора 14 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на его выходе формируется сигнал ε=q_BX-q_З. Первый положительный вход сумматора 1 (со стороны сумматора 14) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления К_ω/К_у. В результате на выходе сумматора 1 формируется сигнал .

Первые и вторые положительные входы сумматоров 13 и 15 имеют единичные коэффициенты усиления. На выходах первого 12 и второго 16 задатчиков, соответственно, формируются сигналы l₂=const. В результате на выходе сумматора 13 формируется сигнал , а на выходе сумматора 15 - сигнал

Первый (со стороны блока 17) и второй положительные входы сумматора 18, соответственно, имеют коэффициенты усиления r/i_P, rm₂/i_P. В результате на выходе сумматора 18 формируется сигнал на выходе блока 19 - сигнал а на выходе блока 26 - сигнал

Первый (со стороны блока 29) и второй положительные входы сумматора 30, соответственно, имеют коэффициенты усиления rg/i_p и m₂rg/i_p. В результате на выходе сумматора 30 формируется сигнал rg(m₂+m_r)sin(q₂)/i_p.

Выходной сигнал релейного блока 10 имеет вид

где |M_T| - величина момента сухого трения при движении.

Первый и второй положительные входы сумматора 33 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал

На выходе задатчика 48 формируется сигнал m₂. Первый и второй положительные входы сумматора 49 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал m₂+m_г, на выходе блока 34 - сигнал на выходе блока 36 - сигнал на выходе блока 56 - сигнал на выходе блока 59 - сигнал , на выходе блока 63 - сигнал на выходе блока 66 - сигнал на выходе блока 69 - сигнал на выходе блока 71 - сигнал на выходе блока 74 - сигнал а на выходе блока 76 - сигнал Первый положительный (со стороны блока 74) и второй отрицательный входы сумматора 75 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе блока 77 формируется сигнал

Коэффициент усиления усилителя 38 равен 2 в результате на выходе блока 40 формируется сигнал Первый отрицательный (со стороны блока 40) вход сумматора 42 имеет единичный коэффициент усиления, а второй положительный - коэффициент усиления, равный 2. В результате на выходе блока 44 формируется сигнал

На выходе блока 46 формируется сигнал . Первый (со стороны блока 44) и второй положительные входы сумматора 45 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 2, соответственно. В результате на выходе сумматора 45 формируется сигнал а на выходе блока 37 - сигнал

Первый (со стороны блока 34) отрицательный вход сумматора 35 имеет коэффициент усиления, равный l/i_p, второй положительный (со стороны блока 36) - коэффициент усиления, равный g, третий отрицательный (со стороны блока 37) - коэффициент усиления, равный i_p/r, четвертый положительный (со стороны блока 56) и восьмой отрицательный (со стороны блока 69) коэффициенты усиления, равные R/L, пятый и десятый положительные (со стороны блоков 59, 77), а также шестой, седьмой и девятый отрицательные (со стороны блоков 63, 66, 71) - единичные коэффициенты. В результате на выходе сумматора 35 формируется сигнал

Первый и пятый (со стороны блока 10 и сумматора 30) положительные, третий и четвертый (со стороны блоков 19, 26) отрицательные входы сумматора 11 имеют единичные коэффициенты усиления, второй положительный (со стороны датчика 6) - коэффициент усиления, равный шестой положительный (со стороны датчика 32) - коэффициент усиления, равный а седьмой положительный (со стороны сумматора 35) - коэффициент усиления, равный Lr/(Ri_p). Поэтому на выходе сумматора 11 появляется сигнал

Первый (со стороны блока 2), второй (со стороны сумматора 11) и третий положительные входы сумматора 3, соответственно, имеют коэффициенты усиления В результате на выходе сумматора 3 формируется сигнал

Несложно показать, что, поскольку при движении электропривода достаточно точно соответствует М_СТР, то, подставив полученное значение (3) в соотношение (2), получим уравнение, которое имеет постоянные желаемые параметры То есть электропривод, управляющий координатой q₃, будет иметь постоянные желаемые динамические свойства и качественные показатели.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании приводов манипуляторов. Задачей изобретения является обеспечение полной инвариантности динамических свойств электропривода третьей степени подвижности манипулятора к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении этого манипулятора по всем пяти рассматриваемым степеням подвижности и, тем самым, повышение его динамической точности управления. В устройство дополнительно введены корректирующие устройства, обеспечивающие инвариантность показателей качества управления к изменяющимся параметрам нагрузки. Технический результат 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. 2 ил.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, первый датчик ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и второго квадраторов, седьмой блок умножения и десятый сумматор, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой и девятый блоки умножения подключены к выходам второго датчика скорости и седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, десятый блок умножения, второй вход которого через третий квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и двенадцатый сумматор, второй вход которого через двенадцатый блок умножения подключен к выходу третьего датчика ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу восьмого блока умножения, причем второй вход двенадцатого блока умножения через четырнадцатый блок умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, а второй вход четырнадцатого блока умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, второй вход седьмого блока умножения через пятнадцатый блок умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора, а второй вход пятнадцатого блока умножения подключен к выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и семнадцатый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора, последовательно соединенные первый дифференциатор и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен в выходу шестнадцатого блока умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока умножения, двадцатый блок умножения и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора, последовательно соединенные двадцать второй блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, а второй - к выходу четвертого датчика ускорения, входу первого дифференциатора и вторым входам семнадцатого и двадцатого блоков умножения, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные пятый датчик ускорения и двадцать шестой блок умножения, выход которого подключен к восьмому входу десятого сумматора, последовательно соединенные второй дифференциатор, подключенный к выходу пятого датчика ускорения и двадцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока умножения и второму входу двадцать шестого блока умножения, а выход - к девятому входу десятого сумматора, и последовательно соединенные двадцать восьмой блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и пятого синусных функциональных преобразователей, двадцать девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, четырнадцатый сумматор, второй вход которого через тридцать первый блок умножения подключен к выходу шестнадцатого блока умножения, и тридцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого датчика ускорения, а выход - к десятому входу десятого сумматора, причем второй вход тридцать первого блока умножения подключен к выходу третьего датчика скорости.