Электрогидравлический следящий привод робота Советский патент 1990 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть t-.спользовано в системах управления промышленных роботов и манипуляторов.

Целью изобретения является повышение точности и устойчивости и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема электрогидравлического следящего привода робота; на фиг. 2 - кинематическая схема исполнительного механизма.

Электрогидравлический следящий привод робота содержит последовательно соединенные измеритель 1 рассогласования, первое дифференцирующее звено 2 с замедлением, блок 3 деления, второе дифференцирующее звено 4 с замедлением, первый блок 5 умножения, первый сумматор 6, второй блок 7 умножения, первый усилитель 8 привод 9 регулирующего органа насоса 10, связанного гидролиниями 11 и 12 с гидромотором 13, выходной вал 14 которого кинематически связан исполнительным механизмом с рабочим органом робота и датчиком 15 положения, подключенным своим выходом к второму входу измерителя 1 рассогласования, выход которого через апериодическое звено 16 второго порядка подключен к второму входу первого сумматора 6, последовательно соединенные первый источник 17 опорного напряжения, второй, сумматор 18, третий блок 19 умножения и третий сумматор 20, к второму входу которого подключен выход второго источника 21 опорного напряжения, последовательно соединенные датчик 22 усилия рабочего органа (схватз), четвертый сумматор 23, к второму входу которого подключен выход третьего источника 24 опорного напряжения, четвертый блок 25 умножения, к второму входу которого подключен выход датчика 26

5

0

5

0

5

0

5

0

5

скорости третьей степени подвижности исполнительного механизма, и пятый блок 27 умножения, последовательно соединенные шестой блок 28 умножения и апериодическое звено 29, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора 6, последовательно соединенные седьмой блок 30 умножения и второе апериодическое звено 31, выход которого подключен к четвертому входу первого сумматора 6, а также последовательно соединенные четвертый источник 32 опорного напряжения, пятый сумматор 33, второй усилитель 34, выход которого подключен к второму входу второго блока 7 умножения. Выход датчика 22 подключен к второму входу третьего блока 19 умножения. Первый вход шестого блока 28 умножения соединен с выходом блока 3 деления и первым входом седьмого блока 30 умножения, а второй вход - с выходом пятого блока 27 умножения. Выход третьего сумматора 20 подключен к вторым входам первого и седьмого блоков 5 И 30 умножения о Вход делителя блока 3 деления соединен с выходом пятого сумматора 33, второй вход которого соединен с выходом пятого блока 27 умножения. Кроме того, привод содержит первый и второй датчики 35 и 36 положения третьей степени подвижности, объединенные в одном корпусе и установленные на третьей степени подвижности исполнительного механизма, имеющего звенья 37-39, причем выход первого датчика 35 подключен к вторым входам второго и третьего сумматоров 18 и 20, а выход второго датчика 36 гидромотора - с вторым входом пятого блока 27 умножения. На выходе уста- новлен редуктор (не показан).

i

Электрогидравлический следящий

привод робота работает следующим образом.

51557371б

На вход измерителя 1 рассогласования подается управляющее воздействие q, обеспечивающее требуемый закон управления. На выходе измерителя 1 вырабатывается сигнал ошибки & , который в блоках 2, 3, , 5, 7и 16 усиливается и поступает на привод

регулирующего органа насоса 10, который, создавая поток- рабочей жидкости ,„ т ,, ,- N в гидролиниях 11 и 12, воздействует 10 Г

Ч

+ (т2 + т, + т4 + т2) -

- момент инерции звена

37относительно про- г дольной оси;

11 (1 +т-Ц) - момент инерции звена

38при вращении его

г относительно звена 3

39 при вращении его относительно звена 3&

на гидромотор 13 с редуктором, выходной вал которого изменяет положение рабочего органа, т.е. уменьшает рассогласование о . Привод при работе с различными грузами также за счет взаимовлияния степеней подвижности исполнительного механизма обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широ- ких пределах, что снижает качественные показатели работы привода и приводит к потере устойчивости его работы .

Параметрами работы привода являются:

q - сигнал желаемого положения на входе измерителя 4i It Ч$ соответствующие обобщенные координаты звеньев 37, 38 и 39 исполнительного механизма;

-скорость изменения обобщенной координаты

о - ошибка привода (величина

рассогласования); т2, п3 т4 - соответственно массы звеньев 37, 38 и 39;

-масса захваченного схва- том груза;

3

40

- 2(13 + I,)l4cos q,)) + ((1, +

-расстояние от центра масс

звена 38 до оси вращения; t + 1,) + (1 + I,,)1 - 2(1 + 1)(1 +

-расстояние от центра масс

звена 39 до оси вращения; + у cos q + 2q ч q5sin q,(l3 + 1,) 1ф - расстояние от центра масс

звена 39 до центра схва- 45 + 2q q Sinq3(l + )(1 + та.3

Кинетическая энергия всех движущих- + 4)щ ся масс исполнительного механизма

Г

Ч

+ т4 + т2) -

- момент инерции звена

37относительно про- дольной оси;

- момент инерции звена

38при вращении его

относительно звена 37;

т ,, ,- N Г

39 при вращении его относительно звена 3&;

Ч М4 моменты инерции звеньев 38 и 39 относительно поперечной оси, проходящей через центр масс;

I- момент инерции вращающихся частей гидромотора 13 и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу И. Учитывая, что

9т

.

3q7 Ч l5 + Ч( + Va } + + q, ( + m4((lj + 1,) -f 1

Ч30

- 2 (1, + 13) q,))+ q,m2

x((l

13) + dt + Ц)1- 2( +

+ 13)(1 + 1) cos

jtaq;

+ q, („ + ra4((l} + 1)г + ij q ( ISe + q, (IN, + n,) +

40

- 2(13 + I,)l4cos q,)) + ((1, +

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в системах управления промышленных роботов и манипуляторов. Целью изобретения является повышение точности и устойчивости и расширение функциональных возможностей. Исполнительный механизм привода выполнен с тремя степенями подвижности. За счет непрерывной подстройки параметров коррекции обеспечивается инвариантность свойств привода к переменным характеристикам нагрузки. Подстройка параметров осуществляется на основе информации о моментных воздействиях на привод. Эта информация формируется третьим сумматором 20, пятым блоком 27 умножения и пятым сумматором 33, а с помощью первого и второго блоков 5, 7 умножения, шестого блока 28 умножения и блока 3 деления вводится цепь управления гидропередачей. 2 ил.

50

,г

151 2.I5-U.I4-2.

т Г q 2 q- Г q з +

т2(1 + 1ч)2 -2 ,,. 2Ч N3 тэ(14

+ (13 + 1з) - 2 (13 + I})1 14 cosq,))где составлянэщал

ч55

x|i + m4 ((1 + 15)4+ (1 +

г

можно считать, что моментное воздействие движущихся масс

МИ- H(q9, тг)4 т + h(q5, q, npq, ,

H(q3, m2) 15г + IN3 + TNf+

- 2(1, + 15)U + u cos q3)3l + t+ mjlji+ a((1« + lj}«- + 2(1 +.

50

можно считать, что моментное воздействие движущихся масс

МИ- H(q9, тг)4 т + h(q5, q, npq, ,

H(q3, m2) 15г + IN3 + TNf+

&Я

+ I3)l4cos q3) + ma ((Ц + 1,) + + (1 + 14)4- 2(1 + IjHl + 14) Ч cos q},

составляющая

Ј &

h(q4, q%, m4) 2(1, + 1) q, ( 10

+ m-i(l 4. + Iq.) sin q 5.

Передаточная функция разомкнутого привода может быть представлена в виде:

15573718

-символ дифференцирования;

-передаточная функция привода;

15

W(P) Wa(P).Wp(P).WHrM х Wk(Р),

где Р W(P)

W«,(P) и

wf(P)

- соответственно передаточные функции усилителя 8 и регулирующего органа насоса 10;

Wk(P) - передаточная функция коррекции;

Л(Р) - передаточная функция гидропередачи, состоящей из насоса 10 и гидромотора 13. Передаточная функция гидропереда- (Р)х чи с учетом утечки рабочей жидкости имеет вид:

W

нгм4

)

3j(t) |ииьэ

20

1

ХР

ylt5 7(H ; iiLZY r рг Г1н1+1|1Пчк7: : hv

4cE(L3h + 0,01WJ i)KE (L3h + 0,01W| i);

Коррекция WK(P) осуществляется с помощью апериодического звена 16 ющего органа насоса 1П; второго порядка с передаточной функгде А1, У m ° текущий и максимальный углы поворота регулируцией

„ W и И лв

К - s О m

W«(P)

1

W (Р) ---1-

№ т,р + 1

6Xi/ (т,р ( )

где КЕ - постоянный коэффициент;

ip - передаточное отношение ре- 35 двух дифференцирующих звеньев 2 и k

дуктора;с замедлением, причем передаточные

WQ - характерный объем гидромо- функции последних W(P) и W4(P)

тора 13;.имеют вид:

W - характерный объем насоса

Ю;- 40

$3дв- скорость вращения насоса

V - объем рабочей жидкости ) 2

гидролинии 11 нагнетания

и полости нагнетания насо- 45 гДе Ki /KE v са 10;

Lg - утечка рабочей жидкости. Из последнего выражения видно, что параметры передаточной функции являются переменными и зависят от WK(P), а также от Ц. В результате значительно изменяются и динамические свойства электрогидравлического следящего привода. Для сохранения неизменных динамических свойств

50

Т4Р + Г

а также апериодических звеньев 29 и 31 с передаточными функциями:

vp) T-pVy

м (Р)

w,,w + г

55

Параметры Т( и Т выбирают достаточно малыми с целью придания привод необходимых динамических свойств.

электрогидравлического следящего привода необходимо застабилизировать все параметры передаточной функции W(P) .

где Р W(P)

W«,(P) и

wf(P)

Л( Пер и с у меет

W

нгм4

iЈ

ХР

Ко с пом второ

цией

W«(P)

1

6Xi/ (т,р (

W (Р) ---1-

№ т,р + 1

2

Т4Р + Г

а также апериодических звеньев 29 и 31 с передаточными функциями:

vp) T-pVy

м (Р)

w,,w + г

Параметры Т( и Т выбирают достаточно малыми с целью придания приводу необходимых динамических свойств.

Для непрерывной подстройки параметров коррекции WK(P) по текущим

значениям H (qv тг) ; h (сц, q3, m4; и Ъэ используются блоки 5, 30 и 28, на вторые входы которых подаются сигналы, пропорциональные H + lip и h соответственно.

Сигналы пропорциональные Н + 11. и h формируются следующим образом. Измеряется с помощью первого датчика 35 положения значение cos q3 и подается на третий вход третьего сумматора 20 с коэффициентом - 2(1 + 1) и на второй вход второго сумма ЈР +

10 J-N, + JN- n4Ui

+ 13) + 1 - 2(1 + l,)lj cos q,)

H + li

f

На выходе четвертого сумматора 23 сигнал равен:

10

lHjl, +

п

а:+1,

-4 т M)

так как суммирование сигнала, пропорционального выхода датчика 22.

тора 18 с коэффициентом - 2(1 + Ц) происходит с коэффициентом (14 + 1). (1. + 14) и складывается на втором сумматоре 18 с сигналом (1 + 1%)2+ + (1ц + l ) получаемым с выхода первого источника 17 опорного напряжения. В результате на выходе второго сумматора 18 получается сигнал

15 Тогда после умножения этого сигнала на сигналы датчика скорости и второго датчика 3& положения на выходе блока 27 умножения сигнал равен:

20

2(Ц + 13) Чэ sin 4} ( +

т,

(1, + 1,)2 +

(

Ц) - 2(1 + 14) х

x(lj + 1}) cos q

поступающий на первый вход третьего блока 19 умножения, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный т4 с выхода датчика 22. На выходе блока 19 получается сигнал

та((13 + 1)г+ (4 + Ц)4- 2(1

3 + Ц

ы

к(14 + 14) cos q 3.

Этот сигнал подается на первый вход третьего сумматора 20, на третий вход которого поступает сигнал up + Is2. + K| + 1«4 + т31, + пцх х((1} + 1,) + ) с выхода второго иточника 21 опорного напряжения, на выходе третьего сумматора 20 сигнал равен:

()ҐР2+ i5 ± IiЈLLiKj + hv р + 1

KE(,

( + i)(T,P + D ()

В результате передаточная функция (Коррекции будет иметь вид

(н + iii )vpu + (H i Hj-lLi i Y p + 1

(Р, s binal.J ibiiL.-1

WK( ч ,100L,h + WJ. iЈ

(T,P + D(Ttp D (wHI }

ЈР +

10 J-N, + JN- n4Ui

+ 13) + 1 - 2(1 + l,)lj cos q,)

H + li

f

На выходе четвертого сумматора 23 сигнал равен:

lHjl, +

п

а:+1,

-4 т M)

происходит с коэффициентом (14 + 1).

Тогда после умножения этого сигнала на сигналы датчика скорости и второго датчика 3& положения на выходе блока 27 умножения сигнал равен:

происходит с коэффициентом (14 +

20

2(Ц + 13) Чэ sin 4} ( +

т,

к(1.

ll)).

При этом четвертый сумматор 23 25 имеет коэффициент усиления, равный 2(1 + 1). Первый вход пятого сумматора 33 имеет коэффициент усиления, равный единице, а второй - пропорциональный L9. Четвертый источник 32 Зо опорного напряжения имеет на выходе

сигнал, пропорциональный 0 0iw5ip. . На выходе пятого сумматора 33 сигнал равен ЦЬ + 0,01W| i и подается на блок 3 деления. Второй усилитель имеет коэффициент усиления, с2. 4

порциональный величине 0,01Wj ip . Второе апериодическое звено 31 имеет передаточную функцию W&1(P) L9Kе/ + 1. Таким образом, с 40 учетом виДа передаточных функций

WЈ(P), W(P), W46(P), WZ9(P), WM(P), на выходе второго блока 7 умножения сигнал равен:

j

а передаточная функция прямой цепи разомкнутого привода имеет вид:

полнительного органа, четвертый сум матор, к второму входу которого под ключен выход третьего источника опо

17/тл KJ ничем оылид iptsibtiiu источника опо

W(P) Wy WH(P) ----J--l---- ного напряжения, четвертый блок умножения, к второму входу которого п ключен выход датчика скорости, и пя тый блок умножения, последовательно соединенные шестой блок умножения и апериодическое звено, выход которог подключен к третьму входу первого сумматора, последовательно соединен ные седьмой блок умножения и второе апериодическое звено, выход которог подключен к четвертому входу первог сумматора, а также последовательно связанные четвертый источник опорно |Го напряжения, пятый сумматор, втор усилитель, выход которого подключен к второму входу второго блока умножения, причем выход датчика усилия подключен к второму входу третье го блока умножения, первый вход шес того блока умножения соединен с выходом блока деления и первым входом седьмого блока умножения, а второй вход - с выходом пятого блока умножения, выход третьего сумматора под ключен к вторым входам первого и седьмого блоков умножения, а вход делителя блока деления соединен с выходом пятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом пя того -блока умножения, отличаю щийся тем, что, с целью повыше ния точности и устойчивости и расши рения функциональных возможностей, исполнительный механизм выполнение тремя степенями подвижности и снабже первым и вторым датчиками положения третьей степени подвижности, причем выход первого датчика подключен к вторым входам второго и третьего сум маторов, а выход второго датчика - к второму входу пятого блока умножения.

Таким образом, все параметры переаточной функции при введении коррекии остаются постоянными., а следоваельно, постоянными будут сохраняться ю динамические свойства и качественные показатели всего электрогидравлического следящего привода, т.е. точность устойчивость не будут зависеть от Н и h, в приводе обеспечена желаемая 15 инвариантность к нагрузочным характеристикам.

Формула изобретения

20

Электрогидравлический следящий привод робота, содержащий последовательно соединенные измеритель рассогласования, первое дифференцирующее звено с замедлением, блок деления, 25 второе дифференцирующее звено с замедлением, первый блок умножения, первый сумматор, второй блок умножения, первый усилитель, привод регули- рующего органа насоса, связанного 30 гидролиниями с гидромотором, выходной вал которого кинематически связан исполнительным механизмом с рабочим органом робота и с датчиком положения, подключенным выходом к второму входу измерителя рассогласования, выход которого через апериодическое звено второго порядка подключен к второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый ис- до точник опорного напряжения, второй сумматор, третий блок умножения и третий сумматор, к второму входу которого подключен выход второго источника опорного напряжения, последова- 45 тельно соединенные датчик усилия ис35

155737112

полнительного органа, четвертый матор, к второму входу которого ключен выход третьего источника KJ ничем оылид iptsibtiiu источника

ного напряжения, четвертый блок 5

0

5 0 о 5

5

ножения, к второму входу которого подключен выход датчика скорости, и пятый блок умножения, последовательно соединенные шестой блок умножения и апериодическое звено, выход которого подключен к третьму входу первого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения и второе апериодическое звено, выход которого подключен к четвертому входу первого сумматора, а также последовательно связанные четвертый источник опорно- |Го напряжения, пятый сумматор, второй усилитель, выход которого подключен к второму входу второго блока умножения, причем выход датчика усилия подключен к второму входу третье™ го блока умножения, первый вход шестого блока умножения соединен с выходом блока деления и первым входом седьмого блока умножения, а второй вход - с выходом пятого блока умножения, выход третьего сумматора подключен к вторым входам первого и седьмого блоков умножения, а вход делителя блока деления соединен с выходом пятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом пятого -блока умножения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и устойчивости и расширения функциональных возможностей, исполнительный механизм выполнение тремя степенями подвижности и снабжен первым и вторым датчиками положения третьей степени подвижности, причем выход первого датчика подключен к вторым входам второго и третьего сумматоров, а выход второго датчика - к второму входу пятого блока умножения.

ft/8.2