Устройство для управления приводом робота Советский патент 1987 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в электроприводах промышленных манипуляторов. V Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства управления приводом робота по обобщенной координате;на фиг. 2 Iсхема исполнительного органа робота.

На чертежах приняты следующие обозначения: q,, q, q - обобщенные координаты робота; Ig - момент инерции вертикального звена исполнительного органа массой т относительно продольной оси; If - момент инерции горизонтального звена исполнительного органа массой т относительно поперечной оси, проходящей через центр масс; I - момент инерции DO- тора . двигателя координаты q ; ез - исходное расстояние от оси вращения горизонтального звена до его центра масс (при q,, 0); l - расстояние от центра масс горизонтального звена до средней точки схвата; m.j. - масса захвачен-ного груза.

Устройство для управления приво- Дом робота содержит инерционное дифференцирующее звено 1, первый блок 2 умножения, первый сумматор 3, апериодическое звено 4, блок 5 деления, первый усилитель 6, двигатель 7, второй блок 8 умножения, вычислительный блок 9, состоящий из второго сумматора 10, первого квадратора 11, третьего блока 12 умножения, третьего сумматора 13, второго квадратора 14, четвертого сумматора 15, пятого сумматора 16, шестого сумматора 17, четвертого блока 18 умножения, пятого блока 19 умножения и второго усилителя 20,

Устройство работает следующим образом.

Сигнал управления после коррекции в блоках 1,2,4 и 8, усиливаясь, поступает на электродвигатель 7, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением) , зависящим от величины поступающего сигнала S и внешнего мо- ментного воздействия Mg,

Электропривод цри работе с различными грузами, а также за счёт взаимовлияния степеней подвижности исполнительного органа обладает пе- рем нными моментными характеристиками, которые могут меняться в . широких пределах. Это снижает качественные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы.

Из уравнения Лагранжа 2-го рода определяют моментное воздействие на поворотный привод, которое имеет вид

MB H(q3)q, + h (q,, q,, )q, ,(1) где H H(q5) m,(lt + q,) + m (1 + q, + 1,)+ Ig + IN; (2)

h h(q,,q,) - 2 (m,(U q) + + in,(l + q, + l,))q,.

С учетом соотношений (1) и (2) электропривод поворота на базе электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением достаточно точно можно описать передаточной функцией вида

25

WO(P)

q.(t)

S(t)

()

(R(H

I)/(hRj,))p-i-1

(3)

де Кд - моментный коэффициент двигателя;. Kj - коэффициент противоЭДС; RJ - активное сопротивление якорной цепи;

р - символ дифференцирования; К(1 - коэффициент усиления первого усилителя 6.

При выводе соотношения (3).электромагнитной постоянной времени двигателя ввиду ее малости пренебрега- лось.

Поскольку электропривод с постоянными нагрузочными характеристиками и без учета взаимовлияния описывается передаточной функцией вида

ыСп Ч (t)

Р Ht) (()p+r

(4)

ТО ДЛЯ обеспечения инвариантности электропривода поворота к изменяющимся параметрам нагрузки необходимо чтобы он всегда описывался только выражением вида (4) независимо от значения М. Для этого в прямую цепь реальной системы, описываемой передаточной функцией (3), до статочно ввести последовательно корректирующее звено вида

n(p) ll W(p) ХДР)

. Kco R,h f R,(H+I) s . - Ч.Кс,- R,n P (5)

()

Из выражений (2) и (5) видно,что параметры корректирующего устройства n(p)(h и Н) необходимо непрерьш но подстраивать под их текущие значения, так как

Н H(q, ,mj) , а h ti(q,, q, ,

Формирование корректирующего устройства (5) осуществляется с помо- щью вычислительного блока 9.

На первый, второй, третий, четвертый и шестой вход вычислительного блока 9 поступает информация о массо- габаритных параметрах робота, соот- ветственно ( I); 1, «q,-, и т,, на пятый вход - информация о типе используемого двигателя К К„, а на седьмой - информация о. скорости перемещения горизонтального звена.

Вычисление величины (ч,Чэ)

производится в блоках 10,15,16,18 и 19(2),причем суммирование по первому входу четвертого сумматора 15 производится с коэффициентом,равным Просуммировав с коэффициентом,равным

2R , сигнал b(q,,q) в шестом сумматоре 17 с входным сигналом , и усилив полученную сумму во втором усилителе 20, имеющим коэффициент , усиления равный 1/КДц,, на первом выходе вычислительного блока получают сигнал, пропорциональньй коэффициент усиления последовательного корректирующего звена п(Р) (5).

Вычисление величины H+I (2) производится в блоках 10 -14 и 16,при- чем суммирование по третьему входу третьего сумматора 13 производится с коэффициентом равным mj. Поделив в блоке 5 деления сигнал Ш-1 с выхода третьего сумматора 13 на сигнал + Rflh с выхода шестого сумматора 17, на выходе блока деления имеют сигнал, равный (H+I) / ( + + ).

Учитывая,что передаточная функция апериодического эвена 4 имеет вид

W.,(p) 1/(

. 5

10

n(a

p+1), a передаточ15

20

ная функция инерционного дифференцирующего звена 1 - вид W,(p)

R Т

/ ( на выходе первого бло M Wка умножения 2 имеют сигнал

Si

Перемножив с помощью второго блока 8 умножения этот сигнал и сигнал с выхода второго усилителя 20, на выходе второго блока л.гмножения 8 имеют сигнал

Таким образом, изобретение позволяет реализовать требуемое последовательное корректирующее устройство (5) и, следовательно,повысить точность устройства управления за счет обеспечения инвариантности электропривода к изменению параметров нагрузки.

Формула изобретени

1. Устройство для управления приводом робота, содержащий последовательно соединенные инерционное диффе ренцирующее звено, первые блок умножения и первый сумматор,второй вход которого соединен с вькодом апериодического звена, вход которого соединен с входом инерционного дифференцирующего звена, второй вход первого блока умножения соединен с выходом блока деления, последовательно соединенные первый усилитель и двигатель, отличающееся тем,что, с целью повышения точности, дополнительно введен второй блок умножения и вычислительньтй блок первый вход второго блока умножения соединен с выходом первого сумматора, выход - с входом первого усилителя, а второй вход - с первым выходом вычислительного блока, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым

входами блока деления, а входы вычилительного блока являются входами устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем,что вычислительный блок выполнен в виде последовательно соединенных второго сумматора, первого квадратора,третьего бло- ка умножения, третьего сумматора, второй вход которого соединен с первым входом вычислительного блока, а третий - с выходом второго квадратора, вход которого соединен с первым входом четвертого сумматора и выходом пятого сумматора , первый вход которого соединен с первым .входом второго сумматора и вторым входом вычислительного блока,а второй - с вторым входом второго сумматора и третьим входом вычислительного

блока, четвертый вход которого соединен с третьим входом второго сумматора, пятый - с первым входом шестого сумматора, а шестой - с вторым входом третьего блока умножения и первым входом четвертого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход - с вторым входом четвертого сумматора, выход которого соединен с первым входом пятого блока умножения, второй вход которого соединен с седьмым входом вычислительного блока, а выход - с вторым входом шестого сумматора, выход которого соединен.с входом второго усилителя при этом выходы третьего сумматора шестого сумматора и второго усилителя соответственно являются третьим, вторым и первым выходами вычислительного блока.

фиеЛ

фие.2

Изобретение относится к области автоматического управления. Целью изобретения является повьппение точности. Электропривод промышленных роботов при ра.боте с различными грузами, а также за счет взаимовлияния степеней подвижности исполнительного органа, обладает переменными ха- рактеристиками. Для обеспечения инвариантности электропривода вводится последовательное корректирующее звено, параметры которого вычисляются в вычислительном блоке на основании информации о массогабаритных параметрах робота, типа используемого двигателя,скорости перемещения горизонтального звена. 1 э.п. ф-льт, 2 ил. (Л