Промышленный робот

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в промышленных роботах. Целью изобретения является упрош,ение системы управления и повышение быстродействия. Для этого измеритель текущих параметров положения конечного звена 5 в пространстве выполнен в виде установленных на конечном звене в трех точках трех ньютонометров 6, первый из которых однокомпонентный, второй двухкомпонентный, и третий трехкомпонентный. 3 ил. (Л со т. оо ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1301685 А1

15114 В 25 1 9/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3889009/31-08 (22) 22.04.85 (46) 07.04.87. Бюл. № 13 (71) Государственный научно-исследовательский институт машиноведения им. А. А. Благонравова (72) А. Ш. Колискор (53) 62-299.72 (088.8) (56) Колискор А. Ш. Разработка и исследование промышленных роботов на основе

1-координат.— Станки и инструмент, 1982, № 12, с. 21 — 23, рис. 9. (54) ПРОМЫШЛЕННЫЛ РОБОТ (57) Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в промышленных роботах. Целью изобретения является упрощение системы управления и повышение быстродействия. Для этого измеритель текущих параметров положения конечного звена 5 в пространстве выполнен в виде установленных на конечном звене в трех точках трех ньютонометров 6, первый из которых однокомпонентный, второй двухкомпонентный, и третий трехкомпонентный.

3 ил.

1301б85 (3) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в промышленных роботах.

Цель изобретения — упрощение системы управления и повышение быстродействия.

На фиг. 1 изображена система P êîîð- 5 динат; на фиг. 2 — схема промышленного робота; на фиг. 3 — узел 1 на фиг. 2 (укрепленная схема ньютонометра).

В промышленном роботе используется измеритель, в котором текущие параметры положения конечного звена в пространстве определяются в f-координатах. Положение твердого тела 1 в пространстве относительно какЫ-либо системы координат определяется шестью числами. В 1-координатах в качестве таких чисел используются длины

f1, Р2, Р6 шести отрезков, соединяющих тело

1 с неподвижной базой 2 таким образом, что при заданных значениях f1, Р2, f6 образуется геометрически неизменяемая структура.

Здесь отрезки f1, P2,...,4 соединяют три, не лежащие на одной прямой, опорные точки

А, В, С тела 1. Таким образом, базы 2 с тремя, не лежагцими на одной прямой, опорными точками а, b и с тела 1. Таким образом, система P -координат включает две различные группы опорных точек. Опорные точки одной группы принадлежат базе 2, а другой — 25 телу 1.

Совокупность текущих значений Р», f2,..., f6 характеризует положение тела 1 относительно базы 2, так как пирамиды аАВС, СаЬс и ЬаВС образуют геометрически неизменяемые фигуры. При этом каждая из шести 30

1-координат может изменяться независимо от других, что соответствует определенным положениям тела 1.

В (-координатах уравнения движения свободного твердого тела имеют вид:

f1= f1(t); P2= f2(t); P,= f.,(t); (1) »= f4(t); P5= f (t); 6=16(1).

Дифференцируя уравнения (1) по t, получаем:

11= 11(1); »2= 12(() f3= »3(1) (2)

»4 — »4(t)»5 f5(t) P6 — f6(() где 1»,f>,...,»4 — проекции скорости точек а, Ь, и с тела 1 (фиг. 1) на прямые Аа, Ва, Са, ВЬ, СЬ, и Сс соответственно. Дифферен- 4 цируя по t уравнения (2). получаем:

Р1 f1 (t); P2= »2 (t) »3 13 (t);

»4»4 (1), »5 — »5(1) > 6 — »6 (1)р где 21, P2,...,P6 — проекции ускорений точек а, Ь, и с на прямые Аа, Ва, Са, Bb, Cb и Сс соответственно.

Таким образом, так как уравнения (1) полностью определяют движение тела 1 в пространстве, они позволяют найти текущее значение скорости и ускорения любой его точки. Интегрируя уравнения (3) и (2), можно прийти к уравнениям (1) при известных начальных условиях.

Определение значений ускорений точек измерения тела 1 (т. а, Ь и с) в направлениях, обусловленных текущим расположенинием прямых, вдоль которых определяются

1-координаты, полностью определяет движение тела 1.

Промышленный робот содержит звенья 3, которые снабжены приводами 4, на конечном звене (схвате) 5 установлен измеритель 6 его текущего положения в пространстве, выполненный в виде трех ньютонометров, каждый из которых состоит из инерционного элемента 7, связанного с корпусом 8 пружиной 9 известной жесткости.

Система (-координат располагается так, что точки базы 2 (точки А, В и С фиг. 1) рассматриваются связанными с инерционными элементами ньютонометров и расположены в выбранных местах на их осях чувствительности. Опорные точки системы P-координат, принадлежащие телу 1, совпадают с точками измерения на теле 1, а оси чувствительности ньютонометров проходят вдоль прямых Аа, Ва, Са, Bb, Cb и Сс.

Промышленный робот работает следующим образом.

Приводы 4 по командам управляющей программы (не показано) перемещают звенья 3. При этом схват 5 движется в пространстве, а его текущие положения определяются измерителем б.

В т. 1 установлен трехкомпонентный ньютонометр, в т. 2 — двухкомпонентный, а в т. 3 — однокомпонентный (стрелками показаны направления осей чувствительности ньютонометров) . Первые оси чувствительности этих ньютонометров пересекаются в одной точке (т. 3), вторая ось чувствительности трехкомпоненгного ньютонометра и вторая ось чувствительности двухкомпонентного ньютонометра пересекаются в другой точке (т. 2), а третья ось чувствительности трехкомпонентного ньютонометра не пересекает ни одну из осей чувствительности двух других ньютонометров (T. ) .

Оси чувствительности всех трех ньютонометров находятся не более трех в одной плоскости и не более чем две из них параллельны друг другу. Эти требования обусловлены мгновенной геометрической неизменяемостью структуры»,; координат, которая необходима для определения (описания) положения твердого тела в пространстве с помощью f-координат (для образования пирамид аАВС, СаЬс и baBC) .

Ньютонометр работает следующим образом. При движении конечного звена 5 с ускорением инерционный элемент 7, связанный с корпусом 8 пружиной 9 известной жесткости, смещается вдоль оси чувствительности из нейтрального положения, при котором пружина 9 не сжата и не растянута.

Величина смещения инерционного элемента

7 определяет ускорение, с которым движется точка схвата 5 (точка измерения), связанная с ньютонометром, в направлении оси его чувствительности. Совокупные показания ньютонометров, расположенных по схеме, ! 301685 показанной на фиг. 2, позволяют полностью определить движение схвата 5 как движение твердого тела в пространстве.

Двойное интегрирование значений сигналов ньютонометров дает законы движения (1). При этом начальное положение схвата

5 и его начальная скорость считаются известными. Например, в начале каждого цикла положение схвата 5 определено, а ско ость равна нулю.

1 ассмотрим алгоритм обработки измерительной информации, получаемой от ньютонометров при определении текущих положений схвата 5 в неподвижной системе координат Oxyz. Положение схвата 5 определено известными координатами точек а, Ь и с в системе осей Oxyz. Также заданы (известны)

КОордииатЫ ТОЧЕК А (Хл, ул ZA), В (Хв, ув, ZII) И С (Хс, yc, Zc) В СИСТЕМЕ 0XyZ; КоордИНаты точек а (x, y z, ), Ь (хь, уь, zo) и с (x, ó„

z, ) в системе 0 x у z, связанной с телом, и (-координаты tl,l2,..., fe.

Определение координат точек а, b и с производится последовательно.. Рассмотрим пирамиду аАВС и составим систему из трех уравнений с тремя неизвестными для определения координат т.а (х„у„, z,), выразив

11 как расстояния между двумя точками

25 (X,— Xx) 2+ (у,— ул) +(2,— Z.„) = t,; (Xà Хв) + (»>>> Ув) + (Zà Zâ,) =12, (Хв — Хс) + (У» — Vc) + (Х» — Zg = (З. (4) Координаты т. Ь (хь, уь, zb) найдутся из решения системы трех уравнений, отвечающих пирамиде СаЬс, а координаты т. С (х„

y„z,) — пирамиды ЬаВС.

Для определения в системе Oxyz координат некоторой точки тела R, положение хоторой задано в системе координат 0 х у z связанной с телом, нужно рассмотреть пирамиду К;аЬс и составить систему уравнений, аналогичную системе (4): (xIl; — х,) + (у; — у,) 2+ (ZRj — z,)- = (Кгa)-; (Хв; — ХЬ) 2+ (yRj — yl,) 2+ (Zllj — Zj,) - = (К,Ь) - ;

40 (Х;1; — X,) -2+ (ув,— у,) 2+ (ZRj — г,) = (1Х;С) - .

Опорные точки базы 2 А, В и С рассматриваются как неподвижные. Ньтонометры установлены на подвижном теле I и, следовательно, перемешаются вместе с ним. Это вносит специфику в обработку измеритель- 45 ной информации.

В начальный момент t, цикла движения промышленного робота точки А, В и С занимают известное положение в неподвижной системе Oxyz, определенное координатами

А(хл„ул„кл,), В (хв„, ув, ZII,) и С (хс„ус„50

zc.), известны также начальные значения 10> 120>-,гб0

Точки а, b, и с определены в системе осей 0 х у z, как и раньше.

При движении промышленного робота по заданной программной траектории задается некоторый интервал, dt и. считая в пределах этого интервала точки А, В и С неподвижными, дважды интегрируя сигналы ньютонометров по уравнениям (1), определяют значения 1 + Е> 1! > 12+ > 12 ° . -. ° >б+ Ь 16> (6) соответствующие времени (t,+ и tl). По указанной методике определяют положение точек,а,b и с в системе осей Oxyz при значениях t-координат, т.е. а (х,, у,1, Z„l), Ь (хьг, уьг, zj„) и с (х,г, у,г, х, ).

Затем находят новое положение в системе осей Oxyz подвижных опорных точек системы (-координат, совершающих движение вместе с телом, которые в начальный момент t, совпадали с точками А, В и С.

Для этого используют найденные значения координат точек а, Ь и с в момент t,+Atl и методику применительно к пирамидам Cabc, ВсаЬ и АВСа при начальных значениях (-коор110, 1 о,..., 11„

В результате II;Ixoлят соответствующие значению t. + Лг, положения точек

А1(Хл,, yil,zxl) В, (1гв1, у l>ZBI) И С,(Хс1,усl Zcl)

Затем дается приращение времени dt и указанные вычислительные процедуры повто ряются вновь и т.д.

Совокупность координат точек а, Ь и с в системе осей Oxyz в функции времени характеризует движение схвата проMûøëåнного робота в п ростра нст ве.

Форму,га изобретения

Промышленный робот, содержащий основание, кинематически связанные звенья с приводом их перемещения и измеритель текущих параметров положения конечного звена, отличающийся тем, что, с целью упрощения системы управления и повышения быстродействия, измеритель текущих параметров положения конечного звена выполнен в виде установленных на конечном звене трех ньютономстров (аксельрометров), один из которых однокомпонентный, второй двухкомпонентный и третий трехкомпонентный, расположенных таким Образом, что 11срвые оси чувствительностй этих ньютонометров пересекаются в одной точке, вторая ось чувствительности трехкомпонентного ньютонометра и вторая ось чувствительности двухкомпонентного н ьютонометра пересекаются в другой точке, а треться ось чувствительности трехкомпонентного ньютонометра не пересекает ни одну из осей чувствительности двух других ньютонометров, llpHчем в одной плоскости расположены не более трех осей чувствительности этих ньютонометров и не более чем две из них параллельны друг другу, при этом измеряющие точки ньютонометров не лежат на одной прямой.

1301685

Составитель Е. Ермолаев едактор В. Петраш

Заказ 93)/)8 хред . ерес Корректор И. Эрдейи

Тираж 954 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР !

1 по делам изобретений и открытий

3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, . У, г, жгород, ул. Проектная, 4