Устройство для управления приводом робота Советский патент 1988 года по МПК G05B11/00 

: Изобретение относится к автомати- iecKOMy управлению и может быть использовано в электроприводах промыш- jjieHHbix манипуляторов.

i Целью изобретения является упро- фение устройства.

На фиг. 1 представлена функдио- 1|{альная схема предлагаемого устрой-, ства для управления приводов робота; на фиг. 2 - кинематическая схема исполнительного органа робота, управляемого с помощью этого устройства.

Устройство для управления приводом робота содержит первый сумматор

, дифферендиатор 2, первый блок 3 ножения, второй сумматор 4, аперио дическое звено 5, второй блок 6 умножения, усилитель 7, электродвигатель 8 с редуктором, датчик 9 положения, датчик 10 скорости, датчик 11 тока, датчик 12 ускорения, объект 13 управления, первый блок 14 деления и вы- числительньй блок 15.

Вычислительный блок 15 содержит третий сумматор 16, интегратор 17, :)торой блок 18 деления, релейный эле- иент 19, источник 20 опорного напряжения, третий блок 2 умножения, чет- иертый сумматор 22, второй усилитель 3, пятый сумматор 24, третий блок 15 деления, усилители 26 и 27.

Кроме того, на фиг. 1 введены следующие обозначения oL сигнал вход- ;югр.воздействия; 8 - ошибка привода; «i-, 5 , (Si - соответственно угловое положение, скорость и ускорение выходно о вала привода; U, i - соответствен- 1О напряжение и ток якорной обмотки электродвигателя; U, - усиливаемое aпpяжeниe.

Устройство работает следующим обра |зом.

Сигнал ошибки 8 после коррекции в Яблоках 2-6, усиливаясь, поступает на электродвигатель 8, приводя его ;вал, а следовательно, и вал редуктора во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины сигнала S и мо- :ментного воздействия на этот вал со стороны объекта управления. Электропривод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния Степеней подвижности исполнительного органа обладает переменными момент- ными характеристиками, которые могут

меняться в широких пределах. Это снижает качественные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы.

Моментные характеристики привода, управляющего координатой g, соответственно зависят от изменения координат g и §3. В связи с этим для качественного управления координатой g, необходимо точно компенсировать отридательное влияние изменения координат g и g, на динамические свойства привода поворота.

Для разработки/устройства управления приводом поворота, обеспечивающего инвариантность этого привода к изменяющимся параметрам нагрузки, вначале определяют характеристки мо- ментного воздействия на этот привод со стороны перемещающихся масс исполнительного органа, схематически изображенного на фиг. 2. Вводят следующие обозначения:

I - момент инерции вертикального звена исполнительного органа массой т относительно продольной оси; 1 - момент инерции горизонталь- ного звена исполнительного органа массой т, относительно поперечной, оси, проходящей через центр масс; 1 - исходное расстояние от оси

вращения горизонтального звена до его центра масс (при

);

1 - расстояние от центра масс горизонтального звена до средней точки схвата;

га,- - масса захваченного груза.

Для определения моментных воздействий на поворотный привод (обобщенных моментов неконсервативных сил) пользуются уравнением Лангранжа 2-го рода. Кинетическая энергия Т всех движущихся масс исполнительного органа (фиг. 2) может быть представлена в виде

Т bSi + + I }j il lSill.Si 4. 22 2

+ .ij. + ()S2

где g const. Учитывая, что

314050234

||; Igg,-H,g,+m(,)g,m,(ir+g,+l,f g,,

rl ОТ .-It 7 i 4

3t э|; ()8,з() g,-H2m,(l,+g,) g, g,+ ,-H3) g,,+l,)g,g,, | 0.

можно здписать, что моментное воз- роны движущихся масс исполнительного действие на привод поворота со сто- органа робота и груза имеет вид

(g,)g,+h(g,,,g,)g,, (О . где H(gj)m,(,),+1з ) +1ы- 1м5 h(g,,gj)2(m,(lt+g3)- -mrat -gi+4)g5;

, M, +f +

где Мдд - полный момент, развиваемыйние якорной обмотки двигателя), выэлектродвигателем, К - моментныйражение (4) может быть представлено

коэффициент, 6in joig , ui а - соответ-в виде

ственно угол, скорость и ускорение25 иг .

вращения вала двигателя, I - момент м )oig

инерции ротора двигателя и вращаю-я .

щихся частей механической передачи,xh( gj} . /w / /t-i

ip --передаточное отношение редук-

тора. Kg - коэффициент вязкого тре-зо

НИН, Метр момент сухого тренияС учетом только линейных состав(Кц и Метр приведены к валу двигате-ляющих выражения (6) имеем

ля), „ g,. ip.

С учетом выражений (1) и (2) соот-К, /-т.„ чЧ гь +v + iLw

ношение (3) принимает вид. 1; З ь {Ц

M,,K... S|S.);i. ,, Н 2iS|i; h .

KoV/ cTp/sig q-( P.

« г 0

Учитьшая, что U ,, (где К - 40 ggg учета вводимой коррекции (бло- коэффициент усиления .первого усилите- ки 2-6) U,. 8ц из выражения (7) мож- ч . y Kcpjiij , V .но получить передаточную функцию злакЛЯ/ fl 1 J J

Кдтропривода поворота на базе электро(где .коэффициент против э.д.с. -двигателя постоянного тока с независи- - двигателя, Кд - активное сопро ивле-. 45 щ возбуждением

W,(p) -.5l5..

° (Кд(1+н )р+К/ь +Кз)

и

КтКлл )+KijKa,

-ЫЦН:)

R«(h +K,)

где р - символ дифференцирования, и без учета взаимовлияния и вязкого

Поскольку электропривод с постоям- трения описьшается передаточной функ- ными нагрузочными характеристиками цией вида

fl

5

(9)

Kjj-/K оэ

bii-p i

нормальное значение момента то для обеспечения инвариэлектропривода поворота к мся параметрам нагрузки не14050236

обходимо, чтобы он всегда описьшал- ся только выражением вида (9) независимо от значения М„. Для этого в

о

прямую цепь реальной системы, описываемой передаточной функцией (8), достаточно ввести последовательное корректирующее звено вида

Изобретение относится к автоматическому управлению. Устройство для управления приводом робота позволяет за счет информации о токе электродвигателя и ускорении его выходного ва- ла упростить схему вычислительного блока, что повышает надежность всей системы в целом, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Т - W гр)

(bK.j:b-(h .iKeK. .Riihl+ii

wiEl- Ьк - „КА;К«+Е ь; +Кв11 .

Кя1н

кГк

p+l

Из выражений (2) и (10) видно, что 15С учетом равенства (11) соотношепараметры корректирующего устройствание (4) может быть представлено в

виде

П (Р) (h Н ) необходимо непрерывно подстраивать под их текущие значения, так как , m,), а (g, gj m).

ix : . d(I-fH )

dt

Oi +Kf,a +

° ,,p/sign;. liliHli ii к,ы .

Из соотношения (2) очевидно равенство h . (11)

ip/McTp/,

вы..„ 1 -iP/%/

Чг

0.

и на выходе сумматора 16 формируется сигнал, равный

1р(Млв-Кь 51о-/М /sign n) ,-„ (у+н:1ы) Р

ip

dt

а на

На выходе интегратора 17 имеем сигнал ip(I+H )ci (Ii +Н) , - выходе первого блока 18 деления - сигнал Up +Н, После перемножения этого сигнала (в блоке 21 умножения на сигнал oi имеем (Ii р +Н) о , а на выходе пятого сумматора 22 согласно

ho6 . Поделив

в блоке 25

деления на его выходе получим сигнал, равный h. Сложив этот сигнал на пятом сумматоре с коэффициентом, равным Rfl, с сигналом источника 20 опорного напряжения, равным- (,,+R,,К )ip

выражению (4) iphu/Q последний сигнал на oi

на выходе пятого сумматора 2 получим сигнал (Kgip+h) . Пропустив этот сигнал через четвертый усилитель 23 с коэффициентом усиления 1/(К K..jip), на его выходе получим сигнал, равный коэффициенту усиления последовательного корректирующего

„КА;К«+Е ь; +Кв11

Кя1н

кГк

p+l

ix : . d(I-fH )

dt

Oi +Kf,a +

° ,,p/sign;. liliHli ii к,ы .

+ /M,,p/signuZ.(12)

Выходной сигнал релейного элемен- 25.та 19 формируется по закону

uio 0

при oio о

6 О ( const;)

звена

п(р) . ,ihl)

вы

ражение (10),

5 Поделив сигнал с выхода блока 18 деления, равный Iiр +Н, на сигнал с выхода сумматора 24, равный + +R(Kgi|+h), на выходе первого блока 14 деления будем иметь сигнал (1+Н )

0 (K Kjj+Rj,(Kg+h )). Учитывая, что передаточная функция апериодического

звена 5 имеет вид W(p) l/(р+1 ), а

Км хз

передаточная функция дифференциатора 2 - W2.(p)R,,p/(), нетрудно

видеть, что на выходе первого блока 3

умножения будем иметь сигнал

tg 6vb ti;-

а на выходе первого сумматора 4 - сигнал

55 ((„.RilHliiL-p i)/ (5я Ьр+,) )§. XvR,(Vh )P ЧС

45

0

Перемножив с помощью второго блока 6 умножения этот сигнал и сигнал с вы71.405Q238

хода второго усилителя 23, на выходе сигнал второго блока 6 умножения будем иметь

(КаКи1Я 1Ы+к в1 (.Rf UiHllр,)

и (t) JSal ipKjjKj iBjibliK

p+1

Из выражения (13) видно, что параметры последовательно корректирующего устройства непрерывно подстраиваются в процессе изменения нагрузочны параметров системы.

Использование предлагаемого вычислительного блока позволяет уменьшить число блоков, входящих в его состав, а также число источников опорного напряжения, что приводит к упрощению вычислительного блока и всего устройства в целом, а, следовательно, повышает надежность работы всей системы

Формула изобретения

/.a

p+1

тифицирующий вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, дополнительно введены датчик ускорения и датчик тока, выходы которых соединены соответственно с входом ускорения и моментным входом вычисли тельного блока.

соединен с идентифицирующим входом вычислительного блока, а выход - с третьим выходом вычислительного блока, а через второй усилитель - с первым выходом вычислительного блока, вход делителя второго блока деления соединен со скоростным входом вычислительного блока, первым входом третьего сумматора, с входом делителя третьего блока деления, а через релейный элемент - с вторым входом третьего сумматора, вход ускорения и мо- ментньш вход вычислительного блока соединены соответственно с вторым входом третьего блока умножения и

третьим входом третьего сумматора.

Редактор В. Бугренкова

Составитель С. Исаков Техред А. Кравчук

-ь

Корректор Г. Решетник