Устройство для управления приводом робота Советский патент 1990 года по МПК B25J13/00 

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

Целью изобретения является повышение точности работы устройства за счет компенсации влияния реальной электрической постоянной времени электродвигателя.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - кинематическая схема исполнительного органа.

Устройство содержит первый сумматор 1, первое инерционное дифференцирующее звено 2, апериодическое звено 3, первый блок 4 умножения, второй сумматор 5, второй блок 6 умножения, первый усилитель 7, электродвигатель 8, объект 9 управления, «третий сумматор 10, апериодическое звено 11 второго порядка, второе инерционное дифференцирующее звено 12, третий блок 13 умножения, первый блок

14 деления, четвертый сумматор 15, первый квадратор 16, четвертый блок 17 умножения, пятый сумматор 18, второй квадратор 19, шестой сумматор 20, седьмой сумматор 21, восьмой сумматор 22, пятый блок 23 умножения, шестой блок 24 умножения, второй усилитель 25, датчик 26 положения, второй блок 27 деления и блок 28 коррекции.

На чертежах приняты следующие обозначения: g,, обобщенные координаты, lj - расстояние от центра масс горизонтального звена, 1 - исходное расстояние от оси вращения горизонтального звена до его центра масс, т - масса захваченного груза, S - момент инерции ротора двигателя и редуктора, Ss момент инерции вертикального звена, S N- момент инерции горизонтального звена, а- сигнал ошибки.

Устройство работает следующим образом.

/рзнв отасэ

СЛ

4

На вход подается управляющее воздействие /е обеспечивающее требуемый закон управления объектом. На выходе сумматора 5 вырабатывается сигнал ошибки tf, который после коррекции в блоках 2,3,4,6,11,12,13, усиливаясь, поступает на электродвигатель 8 с редуктором, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорение), зависящий от величины поступающего сигнала и внешнего моментного воздействия М ц на привод.

Электропривод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния степеней подвижности исполнительного органа обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает качественные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы; В результате возникает задача, связанная с обеспечением инвариантности динамических свойств электропривода к изменениям его моментных нагрузочных характеристик, что позволяет обеспечить стабильность заданного качества си ст емы,

В изобретении рассматривается устройство для управления приводом робота относительно вертикальной оси исполнительного органа робота, схема КОТОРОГО представлена на фиг.2. Этот привод управляет обобщенной координатой g . Цанная конструкция исполнительного органа позволяет осуществлять вертикальное прямолинейное перемещение груза (обобщенная координата g ) и его горизонтальное прямолинейное перемещение (обобщенная координата g 3).

Для разработки устройства упра.вле- ния приводом поворота, обеспечивающего инвариантность этого привода к изменяющимся параметрам нагрузки, определяют характеристики моментного воздействия на этот привод со стороны перемещающихся масс исполнительного органа.

Из уравнений агранжа II рода определяются моментные воздействия на поворотный привод, которые имеют вид

(gj)gl+h(g8tgJg1, (1) где (g3),)m2(l +l3+g3r +

(+15

Ь-Ь(8з8з)( U

+m2()J g3 (2) С учетом соотношений (I) и (2) электропривод поворота на базе электродвигателя 8 постоянного тока независимого возбуждения или с постоянными магнитами достаточно точно (в отличие от прототипа) можно описать передаточной Лункцией вида g,(t)

V ль:

5

0

5

0

5

0

5

0

5

(r+tf)L р2

К К. )

K XfeKfc

+ Т1 +НУ

Rg+hL«

.(3)

R,h+KK

P+l

i., к,

R.

где р - моментный коэффициент двигателя, приведенный к валу нагрузки;

р - коэЛфициент противоЭДС, приведенный к валу нагрузки;

- момент инерции ротора двигателя и редуктора, приведенный к валу нагрузки;

передаточные отношения редуктора; - коэффициент усиления

первого усилителя; Р - символ дифференцирования;1„ - активное сопротивление

якорной цепи; L - индуктивность якорной

цепи.

Для обеспечения инвариантности электропривода поворота к изменяющимся параметрам нагрузки необходимо, чтобы он всегда описывался пер.едаточ- ной функцией с постоянными параметрами. Цля этого в прямую цепь электропривода достаточно включить корректирующее устройство, параметры которого допускали бы требуемую непрерывную подстройку при изменении параметров нагрузки Н и h.

На первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой входы вычислительного блока соответственно поступает информация о величинах

4+I5+V 1.. Очевидно, что на выходе блока 24

умножения формируется сигнал 1/2 h(g3,g3) (соотношение 2). Этот сигнал получается при помощи блоков 15, 20,21,23 и 24, причем суммирование по первому входу четвертого сумматора 20 производится с коэффициентом усиления, равным mj.

Просуммировав с коэффициентом усиления, равным 2Re, сигнал . -к Mg.g)

в сумматоре 22 с входным сигналом и усилив полученную сумму в усилителе 25, имеющем коэффициент усиления , на первом выходе вычислительного блока (на выходе усилителя 25), получают сигнал, рав- ный (ЬЯЯ+К). Очевидно также, что на выходе сумматора 18 формируется сигнал (H+I ) (соотношение 2), который получается с помощью блоков 15-21, причем суммирование по третье му входу сумматора 18 производится с коэффициентом усиления, равным т, Поделив в блоке I4 деления сигнал Н+Т с выхода сумматора на сигнал . с выхода сумматора 22, на выходе блока 14 деления, имеют сигнал, равный (Н+1 )/().

Полагая, что передаточная функция первого инерционного дифференцирующего звена 2 равна

Vp - f7pvr

а передаточная-функция второго инерционного -дифференцирующего звена PL

12 - W,, (Р)

И ножения имеют

(T/+H)L9 „1

T.jP+1

на выходе 4 умсигнал

.p+D).

к;к;+ьк,

Просуммировав с коэсЬАициентом уси сигнал H+I с выхода суммаления R

с коэффициентом усиления 2L,

2 MSjfgj)

с выхода блока 24

умножения, на выходе сумматора 26 имеют (Н+1 )КЯ+НЬЯ. Поделив этот сигнал в блоке 27 деления на сигнал , с выхода сумматора 22, на выходе блока 27 деления имеют сигнал, равный

(H+I Жя+ЬЬя ,

М

Учитывая, что передаточная функция апериодического звена 3 равна 1

W3(P)

Т1(Р+1)

ния имеют сигналs

на выходе блока равный

13 умноже

(0 | LJLp/(T P+i)(TlP+l))4 -nЈia+l R я

Поскольку передаточная функция апериодического звена второго порядка 1I равна

W,,(P)

1

(T P+iXT p+i)

то на выходе первого сумматора имеют

сигнал

ll+JA LUL

(

( +H)R5H-hLs

р+

«f.

Перемнолсив этот сигнал с помощью блока 6 умножения с сигналом с выхода усилителя 25, на выходе блока 6 умножения имеют сигнал

Изобретение относится к робототехнике. Целью изобретения является повышение точности работы устройства за счет компенсации влияния реальной электрической постоянной времени двигателя. Для обеспечения указанной инвариантности электропривода промышленного робота в устройство, содержащее блок коррекции, вычислительный блок, блоки умножения, блок деления и усилитель, дополнительно введены два сумматора, датчик положения, блок умножения и блок деления. 2 ил.

UT (t)«

КмКш+ькя (().ц a j ilp+n

,, j

(,+)(TtP+l)

Таким образом, передаточная функция самонастраивающегося последовательного корректирующего устройства,

К Кщ+hRa U/t)

Wk(P)«

К1.К,

С учетом передаточной функции (3) двигателя и передаточной функции (4) последовательно корректирующего устройства передаточная функция прямой цепи разомкнутого привода примет вид

W(P ill wlt(p)we(p)

w

() (5)

Из выражения (5) видно, что параметры передаточной функции являются

,,

(,+)(TtP+l)

р-асполо-кенного между блоками 5 и 7, имеет вид

a

(Т +ЮЬя рг+

у / v .л «п ,

(I ;+H)Rjj4-hL/i jCtJCaj+hR Ј

P+l)

(TtP+l)CT4P+l)

(4)

постоянными, не зависягщми от изме- 50 нения параметров нагрузочных характеристик.

Фо рмула изобретения

Устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные блок коррекции, первый блок умножения, первый сумматор, второй блок умножения, первый усилитель и электродвигатель, а также вычислительный блок, семь входов которого подключены к семи входам устройства, первый выход - к второму входу второго блока умножения, а второй и третий выходы - соответственно к первому и второму входам первого блока деления, соединенного выходом с вторым входом первого блока умножения, о т- ли чающееся тем, что, с целью повышения точности работы, оно содержит последовательно соединенные датчик положения и второй сумматор, а также яЛЙ гедоЪ&тельно подключенные третий сумматор, второй блок деления

и трети й блок з(мн жения, второй вход

которого соединен с вторым выходом блока коррекции, а выход - с вторым входом первого сумматора, подключенного третьим входом к третьему выходу блока коррекции, вход которого соединен с выходом второго сумматора, подключенного вторым входом к восьмому входу устройства, датчик положения кинематически связан с валом электродвигателя, второй вход второго блока деления содеинен с четвертым выходом вычислительного блока, пятый и шестой выходы которого подключены к первому и второму входам третьего сумматора соответственно.