Устройство для управления манипулятором

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРОМ,содержащее сервопривод , связанный через исполнительный механизм с датчиком положения, соединенным выходом с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к входу устройства, а выход - через первый усилитель и через последовательно соединенные блок дифференцирования и второй усилитель к первому и второму входам сумматора соответственно, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, оно содержит третий усилитель и последовательно соединённые блоки двойного дифференцирования и четвертый усилитель, выход которого подключен к третьему входу сумматора , соединенного выходом через тре§ тий усилитель с входом сервопривода, а выход датчика положения подключен СП к входу блока двойного дифференцирования .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ONW

РЕСПУ БЛИН

„,Я0.„1095130 A 1 ) G 05 В 11/ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3565100/ 18-24 (22) 05.03.83 (46) 30.05.84. Бюл. Р 20 (72) E.M. Карпов и Н.И. Назаров (71) Куйбьппевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. В.В. Куйбышева (53) 621-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 582960, кл. G 05 В 11/00, 1976.

2. Пол Р. Иоделирование, планирование траекторий н управление движением робота манипулятора. И., "Наука", 1976, с. 61, 62 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ИАНИПУЛЯТОРОИ, содержащее сервопривод, связанный через исполнитель- ный механизм с датчиком положения, соединенным выходом с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к входу устройства, а выход — через первый усилитель и через последовательно соединенные блок дифференцирования и второй усилитель к первому и второму входам сумматора соответственно, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, оно содержит третий усилитель и последовательно соединенные блоки двойного дифференцирования и четвертый усилитель, выход которого подключен к третьему входу сумматора, соединенного выходом через третий усилитель с входом сервопривода, 9 а выход датчика положения подключен к входу блока двойного дифференцирования. С:

10951

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при . создании устройств управления манипулятором.

Известны устройства для управления манипулятором, содержащие сумматоры, приводы, датчики положения и вычислительный блок 1 1).

Однако данные устройства характеризуются сложностью конструкции. l0

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее сервопривод, связанный через исполнительный механизм .с датчиком положения, соединенным выходом с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к входу устройства, а выход — через первый усилитель и через последовательно соединенные блок дифференцирования и второй усилитель 2р к первому и второму входам суммато1 ! ра С27.

Известное устройство характеризуется значительной динамической ошибкой позиционирования, которая зависит от 25 эффективного момента инерции и внешнего возмущающего момента. Для большинства манипуляторов значение эффективного момента инерции может меняться на порядок при изменении конфигура- ЗО ции, что приводит к значительным динамическим ошибкам и низкому быстродействию устройства, обусловленному длительным переходным процессом.

Целью изобретения является повыше- З5 ние точности и быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее сервопривод, связанный через исполнительный механизм с датчиком положения, соединенным выходом с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к входу устройства, а выход — через первый усилитель и через последовательно соединенные блок дифференцирования и второй усилитель, к первому и второму входам сумматора соответственно, дополнительно введены третий усилитель и последовательно соединенные блок двойного дифференцирования и четвертый усилитель, выход которого подключен к третьему входу сумматора, соединенного выходом через третий усилитель с вхоцом серво- 55 привода, а выхоц датчика положения подключен к входу блока )!дойного дифференцирования.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый усилители 1,2,3 и

4 соответственно, сервопривод 5, исполнительный механизм 6, датчик 7 положения, блок 8 сравнения, блок 9 двойного дифференцирования, блок 10 дифференцирования, сумматор 11.

Устройство работает следующим образом.

На выходе бпока 8 сравнения формируется сигнал ошибки положения, равный разности входного сигнала и текущего сигнала положения, поступающего с датчика положения, сигнал ошибки по скорости находится в результате дифференцирования сигнала ошибки положения блоком 10. Полученные сигналы усиливаются усилителями 1 и 2, суммируются сумматором 11 и после усиления усилителя 3 поступают на вход сервопривода 5. Сервопривод 5 вращает звено механизма 6 шарнирного манипулятора, с которым механически связан датчик 7. В этой части устройства реализуется преобразование входного сигнала и его скоростной составляющей в управляющий механический момент, приводящий во вращательное движение звено манипулятора, и за счет ,сигналов отрицательной обратной связи по положению и скорости звена, устанавливающий звено в положение, соответствующее значению входного сигнала. Однако с управляющим механическим моментом; действующим на звено, суммируется внешний изменяющийся возмущающий механический момент от действия сил тяжести данного и последующего звеньев манипулятора. Кроме того, эффективный момент инерции звена также существенно меняется при изменении текущей конфигурации звена.

Для снижения влияния указанных факторов на процесс движения и удержания в заданном положении звена манипулятора сигнал датчика дифференцируется и выходной сигнал блока 9 является мерой результируюшего механического момента, действующего на исполнительный механизм. Этот сигнал после усиления усилителем сравнивается в блоке

11 с обусловленными входным сигналом электрическими сигналами, формирующими собственно управляющий механический момент, а результат сравнения после усиления усилителем 3 поступает на вход сервопривода 5. Такая коррек

Составитель Г. Нефедова

Техред М.Кузьма Корректор О.Билак

Заказ 3595/28 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Редактор М. Бандура

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 1095 ция при условии достаточно большого значения коэффициента усиления усилителя 3 соответствует жесткой отрицательной обратной связи по результирующему механическому. моменту, действующему на звено, при условии постоянства значения эффективного момента инерции. В результате точность и быстродействие устройства увеличиваются,. что вытекает из математического 1р сравнения.

Блоки устройства имеют следуняцие передаточные функции в изображениях по Лапласу. Усилители 1 — 4 имеют коэффициенты усиления соответственно

Кд, Ку» К . Блоки 7 и 11 имеют коэффициенты передачи, равные 1.Сервопривод 5 осуществляет линейное преобразование электрического сигнала в механический вращающий момент, 2п

Коэффициент передачи сервопривода равен 1 и не зависит от скорости вращения звена, так как он выполняется на электродвигателе, питаемом преобразователем напряжения — ток, либо 2S на электродвигателе, питаемом усилителем напряжения с соответствующей положительной обратной связью по выходной скорости вращения, которая компенсирует влияние скоростной про- gp тиво-ЭДС электродвигателя. Передаточная функция исполнительного органа равна 1/М$, а блоков 10 и 9 соответственно S и $ . На входе блока 8 сравнения имеет место сигнал ошибки Е($), равный разности входного сигнала

R(S) H b o Horo rH . 0 BldzopHbw

130 Я сигналом блока суммируется внешний возмущающий момент Т($). Для предла- гаемого устройства выражения для иэображения динамической ошибки Е($), критического коэффициента демпфирования К и сТатической ошибки Е имеют следующий вид: Ж" ) (В1- R()

/ +К )5 +Sk + К

T5) к Як+к. ) +sw +к

1 Т

)К = 2 (Й/К + К„„)К® Е = К е

В устройстве-прототипе названны . величины имеют вид

И5)=, Р(Я" г " ((1 + 1 у+"е 3+Б ч е у = (2 ф К

E - =т/К

Из сравнения приведенных выражений следует, что влияние эффективного момента инерции — Я и внешнего возмущающего момента Т($), а значит и изменяющейся конфигурации на динамические характеристики в предлагаемом устройстве уменьшилось в К раз, что приводит к снижению динамических ошибок и времени переходного процесса. Статистическая ошибка E уменьшилась в

К раз без ухудшения динамических характеристик.

Применение изобретения позволит повысить точность и быстродействие .устройства.