Устройство компенсации статических моментов Советский патент 1977 года по МПК B25J3/04 

1

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к дистанционным копирующим манипуляторам.

Известно устройство ко.мпенсации статических моментов дистанционного копирующего манипулятора, в котором статические моменты последовательно соединенных цилиндрическими шарнирами звеньев предплечья и плеча компенсируются сигнала ми управления приводами, подаваемыми акселерометрами

LI.

Недостатком указанного устройства является низкая точность компенсации статических моментов в манипуляторах, плоскость звеньев которых имеет отклонение от вертикальной плоскости, что ограничивает диапазон углов поворота звеньев манипулятора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство компенсации очувствленного дистанционного копирующего манипулятора, в котором компенсации статических моментов звеньев, плоскость которых имеет отклонение от вертикальной плоскости, производятся с помощью синусно-косинусных вращающихся трансформаторов и потенциометрических акселерометров. На крестовине кардана установлеиы два потенциометрических акселероМетра, а на звене плеча устаиовлены два синусно-коси«усных вращающихся трансформатора, ориентированных по звеньям и кинематически с ними связанных 2.

Недостаток указанного устройства заключается в сложности конструкции вследствие кинематической связи синусно-косинусных трансформаторовсо звеном предплечья и с крестовиной кардана и в низкой точности компенсации статических моментов.

Целью изобретения является упрощение

конструкции и повышение точности компенсации статических моментов при отклонении плоскости качания звеньев от вертикальной плоскости. Указанная цель достигается тем, что один

из акселерометров установлен )ia корпусе, а его ось чувствительности размещена параллельно одной из осей карданного шарнира; три акселерометра - на плече, ось чувствительности первого из которых параллельна

второй оси карданного шарнира, второго перпендикулярна плоскости, проходящей через оси плеча и карданного шарнира, а третьего параллельна оси плеча; два акселерометра установлены на предплечий, ось чувствительности одного из которых перпендикулярна

плоскости, проходящей через оси звена и

шарнира предплечья, а другого параллельна

оси предплечья.

Такое выполнение устройства компенсации

обеспечивает введение в вычислительное VCTройство формирующих сигналов, пропорциональных статическим моментам в степенях подвижности манипулятора, что упрощает конструкцию и позволяет увеличить обслуживаемое пространство путем повышения точности компенсации статических моментов при отклонении плоскости качания звеньев от вертикальной плоскости.

На чертеже показана кинематическая схема дистанционного копирующего манипулятора с устройством компенсации статических моментов.

Устройство компенсации статических моментов смонтировано на манипуляторе, состоящем из корпуса 1, плеча 2, предплечья 3, кисти 4, захвата 5 и имеющем следующие степени подвижности: качание звеньев манипулятора КМ; качание плеча КПд; качание предплечья КПр; ротация кисти РК; качание кисти КК; ротация захвата РЗ и перемещение 3 губок захвата 5. Кисть4 и зах1ват 5 являются конструктивно уравновешенными относительно осей подвижности, а массы звеньев плеча 2 и предплечья 3 создают статические моменты относительно осей КМ, КПд и КПр.

Устройство компенсации статических моментов содержит акселерометры, установленные и ориентированные по звеньям: AI - на основании 1 с осью чувствительности, параллельной КМ; А2 - на плече 2 с осью чувствительности, параллельной КПд; АЗ - на плече 2 с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось плеча 2 и ось КПл; А4 - на плече 2 с осью чувствительности, параллельной оси плеча 2; АЗ - иа предплечье 3 с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось предплечья 3 и ось КПр; Ад - на предплечьи 3 с осью чувствительности, параллельной оси предплечья 3.

Устройство компенсации статических моментов работает следующим образом.

При повороте плеча 2 и предплечья 3 относительно осей подвижности КМ, КПд и КПр моменты от массы конструкции манипулятора относительно осей КПл и КПр описываются выражениями:

, (Опл /пл + Gnp /-пл) sin Япл. cos а,;„ +

+ Зпр-/пр-81пс;„р-СОЗя,.„; Gnp /пр sin «пр COS а„„.

Акселерометры Ль Л, АЗ, А вырабатывают сигналы, пропорциональные составляющим ускорениям свободного падения, направленным по осям чувствительности акселерометров:

и, Ua-smyg-cosa,,;

t/2 :f e-Sina.,,,; U,fJa- Sin «пл cos a..; t/5 - iyoSinanp-COSa M,

где ак.м - угол между осью Z и ее проекцией на плоскость звеньев манипулятора;

ctg - угол между осью качания манипулятора и осью X;

«пр - угол между осью предплечья и проекцией оси Z на плоскость звеньев манипулятора; «пл - угол между плечом и проекцией оси Z на плоскость звеньев манипулятора;

СПР - масса предплечья; Опл - масса плеча;

/пр - расстояние от центра тяжести предплечья до оси качания предплечья; /пл - расстояние от центра тяжести плеча до оси качания плеча; Ьпл - длина плеча.

Чтобы сформировать сигнал компенсации, соответствующ ий -Мкпл, .необходимо сложить сигналы Us и f/5, а для формирования сигнала компенсаций, соответствующего Мкпр, необходимо использовать сигнал 1/5, т. е. вычислительное устройство должно реализовать вычисления:

Ul K,-U, + K.U,,-u,,

где Ki и Kz - масштабные коэффициенты, которые выбираются из условия:

Л-.У („

пр пр

Л ,0 Gr

.+ G

пр -плСтатический момент от массы конструкции манипулятора относительно оси КМ при повороте плеча и предплечья относительно осей КМ, КПл и КПр описывается выражением:

М,;„ Sin7™{cOSag Gnp-COSanp

+

+ (Опл /пл

+ Спр-1пл)с05:пл +

+ Sin5ef np--npSin

пр Г (Спл пл г -пр ) X

N/ о I п 7 I , ЫИ

Чтобы получить алгоритмы вычисления сигнала компенсаци:, соответствующего M,oi, запишем синусные и косинусные выражения в формуле Мкм через значения сигналов акселерометров At, AZ. АЗ, Аи,

.

COS э:

v

Vl;

COS а..

f/..

t/1 -1/

Yi-ul-ul

cos a

Vi-ul

- -7T%

/l-4-t/l

COS ЯПР 1

Kl-

Тогда алгоритм вычисления сигнала компенсации, соответствующего Мкм, имеет вид:

.K(u,.(j,+Yi-ul-ulx

1-0

X Ki -ul-ul) + к:, (u,-u, + + Vi - ul ul).

Этот алгоритм позволяет вычислять значения компенсирующего сигнала в пределах углов акм, «кпл, сскпр от О до л/2.

При выполнении манипулятором типовых рабочих операций (например, подъем и перенос груза) угол «км обычно не превышает значения я/2, угол «кпл превыплает значение я/2 только при наличии угла дифферента, а угол «пр может принимать значения большие я/2 независимо от угла дифферента.

Приведенный выше алгоритм вычисления компенсирующего сигнала, соответствующего Мкм, при значениях углов осдл и дает неверный результат вследствие того, что формулы

Yi-ui ui

cos а„л

COS ЯПР

КГ

Ul

используемые в указанном алгоритме, справедливы только для диапазона углов я/2, так как при углах я/2 косинусы должны иметь отрицательные значения, а приведенные формулы соответствуют только положительным значениям косинусов.

Поэтому для расширения зоны обслуживания манипулятора на плече и предплечье установлены два дополнительных акселерометра, которые вырабатывают сигналы:

cos Япд. cos 2j.; COS а„р COS Якм.

Откуда

и.

COS апл -

и.

кг

Эти выражения позволяют определять значения косинусов в диапазоне углов сспл и апр от О до я.

Алгоритм вычисления сигнала компенсации, соответствующего Мкм, при использовании двух дополнительных акселерометров имеет вид:

t/2

г/км

к,(и,.и,+

и ау -

ui

+ Vi-ul-ul-u,} + к, (U,.u, +

+ y -ul-ul.u.

Формула изобретення

Устройство компенсации статических моментов, например, дистанционного копирующего манипулятора, содерлсащее корпус и последовательно соединенные цилиндрическими шарнирами звенья предплечья и плеча, связанные с корпусом карданным шарниром и снабженные ориентированными по звеньям акселерометрами, соединенными с системой управления, отличающееся тем, что, с

целью повышения точности компенсации моментов, один из акселерометров установлен на корпусе, а его ось чувствительности размещена параллельно одной из осей карданного шарнира, три акселерометра - на плече, ось

чувствительности первого из которых параллельна второй оси карданного шарнира, второго перпендикулярна плоскости, проходящей через оси плеча и карданного шарнира, а третьего параллельна оси плеча, два акселерометра установлены на предплечьи, ось чувствительности одного из которых перпендикулярна плоскости, проходящей через оси звена и шарнира предплечья, а другого параллельна оси предплечья.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №330950, кл. В 23J 3/04, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР №448950, кл. В 25J 3/04, 1973.