Способ управления микроманипулятором Советский патент 1988 года по МПК B25J7/00 B25J13/00 

4ib 4 СЛ QD 4: Ю

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для прецизионного перемещения виброизолированных рабочих органов, например микроманипуляторов, установленных на виброизолированном основании.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия за счет исключения возможности возникновения паразитных колебаний объекта и влияния перемещаемых механизмов друг на друга.

На чертеже представлена функциональная схема управления перемещаемых объектов презиционного механизма, например микроманипулятора.

Схема содержит платформу 1, установленную на виброизоляторе 2, состоящем из упругого элемента 3 и демпфирующего элемента 4, прецизионный механизм 5, установленный на платформе 1, в состав которого входит перемещаемый объект 6, связанный через управляемый упругий элемент 7 с платформой 1. Схема также содержит исполнительный механизм 8 перемещения Хг объекта 6, размещенный между объектом 6 и платформой 1 параллельно упругому элементу 7, и исполнительный механизм 9 перемещения платформы 1, расположенный между платформой 1 и основанием 10 параллельно виброизолятору 2. Управляющий вход упругого элемента 7 подключен к выходу сумматора 11, входами подключенного к выходам преобразователя 12 перемещения и источника 13 опорного напряжения. Выход преобразователя 12 также подключен к одному входу блока 14 управления, а его вход - к датчику 15 перемещения объекта 6. Выход формирователя 16 управляющего напряжения подключен к управляющему входу исполнительного механизма 8, через блок 17 коррекции, имеющий коэффициент, равный соотношению ma/mi величин масс Ш2 перемещаемого объекта 6 и Ш прецизионного механизма 5 вместе с платформой 1 - к управляющему входу исполнительного механизма 9, а ч ерез блок 18 двухкратного интегрирования - к второму входу блока 14 управления, выходом подключенного к управляющему входу формирователя 16.

Способ реализуется следующим образом.

Для стабильного перемещения виброизолированного объекта 6 необходимо воздействовать на объект 6 таким усилием F(t), при котором в системе (объект 6 - упругий элемент 7) не возбуждаются паразитные резонансные колебания. Это достигается лищь в том случае, если ускорение объекта 6, вызванное воздействием управляющего усилия F(t), в начале и конце перемещения объекта 6 равно нулю. Это, условие удовлетворяется следующим законом изменения ускорения:

( ° 4Г

sin- t - о т

при КО; при ,

где Х2 - максимальное значение ускорения

объекта 6;

Т - длительность периода сигнала управления.

Для получения такого закона ускорения Х2 с помощью блока 16 формируют электрический сигнал по формуле

их,-ихг„5 п. t

при

при

при ,

где Usjo - амплитудное значение сигнала

управления,

и подают на исполнительный механизм 8, преобразующий электрический сигнал Usi в силу F(t), перемещающую объект 6. Математически эту функцию силы можно представить формулой

25г зчг

F(t)| -osm- - -t

при при , 30 гдеР(1)К2и;;г ,

Fo K2U5;jp , К2 - линейный коэффициент преобразования исполнительного механизма 8;

FO - амплитудное значе35ние силы, приложенной к объекту 6.

Составляющая силы от движения массы

т2 системы F(t)rn2X2, откуда ..

40 Таким образом, управляющий сигнал Uis.

пропорционален ускорению Х2 объекта 6.

Так как объект 6 упруго подвешен относительно платформы 1, то, управляя движением массы mz силой F(t), необходимо одновременно управлять величиной упругости элемента 7. Для этого измеряют перемещение Х2 объекта 6 с помощью датчика 15, преобразователем 12 преобразуют это перемещение в электрический

сигнал Uxi и после суммирования этого сигнала с напряжением источника 13 опорного напряжения управляют величиной жесткости упругого элемента 7. Источник 13 опорного напряжения необходим для установления положения объекта 6 в исходное положение равновесия, т. е. при F(t)0 необходимо добиться, чтобы Uxi 0. Математически сигнал перемещения U можно представить следующим образом:

ил.(-их. (r) 4+45-t

LQ

при

при

при .

Поскольку Uiii пропорционально ускорению X2, то и Uxi пропорционально перемещению Х2 объекта 6.

Для компенсации влияния перемещения объекта 6 на положение платформы 1, на которой находится прецизионный механизм 5, сигнал формирователя 16 через блок 17 коррекции подают на управляющий вход исполнительного механизма 9, который пере- мещает платформу 1 синхронно с перемещением объекта 6. Наличием блока 17 учитывается разница масс перемещаемого объекта б и платформы 1 с прецизионным механизмом 5. Поэтому при перемещении объекта б на величину Х2 переме- щение платформы 1 должно быть . С помощью блока 14 управления задаются величинами Х2 и длительностью Т перемещения объекта 67- При этом величина сигнала Ujtjo определяется после сравнения двухкратно проинтегрированного управляющего сигнала формирователя 16 с выходным сигналом преобразователя 12.

Формула изобретения Способ управления микроманипулятором, преимущественно с вертикально перемещаемым виброизолированным рабочим органом, установленным на виброизолированном основании, заключающийся в том, что рабочему органу сообщают направленное перемещение в соответствии с заданны законом, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и быстродействия, управление движением рабочего органа осуществляют по закону

F(t) {Fosjn. t f

при при при ,

где FO - амплитуда силового воздействия; Т - длительность периода закона управления;

t - текущее время,

при этом осуществляют по тому же закону, умноженному на соотнощение величин масс рабочего органа и основания, управление движением основания, а жесткость виброизоляции рабочего органа изменяют в соответствии с величиной перемещения рабочего органа относительно основания.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для прецизионного перемещения виброизолированных рабочих органов, например микроманипуляторов. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия. Для этого закон управления рабочим органом формируют таким образом, чтобы его ускорение в начале и в конце периода закона управления было бы равно нулю. При этом для исключения возможности возникновения паразитных колебаний рабочего органа и влияния перемещаемых механизмов друг на друга осуществляют управление жесткостью виброизоляции рабочего органа в соответствии с величиной его перемещения, а также управление движением основания, на котором установлен рабочий орган, по тому же закону управления, скорректированному на величину соотношения масс рабочего органа и основания. 1 ил.