Устройство для управления прецизионным микроманипулятором

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для прецизионного перемещения виброизолированных рабочих органов микроманипуляторов. Целью изобретения является повышение точности работы устройства. Для этого в устройство, содержащее контур управления перемещениями первого рабочего органа, блок коррекции, а также последовательно соединенные сумматор и источник опорного напряжения, введены контур управления вторым рабочим органом, на котором расположен первый рабочий орган, блок вычитания, последовательно соединенные второй источник опорного напряжения и второй сумматор, а также третий сумматор. Для исключения взаимного влияния перемещаемых рабочих органов управляющий сигнал первого исполнительного механизма через блок коррекции и третий сумматор подается на второй исполнительный механизм, а управляющий сигнал первого управляемого упругого элемента формируется в виде разности управляющего сигнала второго управляемого упругого элемента и соответствующего сигнала, пропорционального перемещениям первого рабочего органа. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ш 4 В 25 ) 13 00, 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сп

Ю

CO сС

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4132423/31-08 (22 ) 13. 10.86 (46) 30. 08.89, Б юл. № 32 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) Р. Г. Наумавичюс и К. М. Рагульскис (53) 62.229.72 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1445942, кл. В 25 ) 7/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО сЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ПРЕЦИЗИОНН ЫМ МИКРОМАН ИПУЛ ЯТОРОМ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для прецизионного перемещения виброизолированHhlx рабочих органов микроманипуляторов.

Целью изобретения является повышение точности в работе устройства. Для эгого в устройство, содержащее контур управления пеИзобретение относится к ма<пиностроеник1 и может быть использовано для прецизионного перемещения виброизолированHbIx рабочих органов микроманипуляторов.

Цель из«бр«тенин -- lioBBIIIIEние точности в работе хс тройства за счет уменьш«ния взаимного влияния перемещаемых рабочих органов.

На фи< изображена фу ш.циональная схема устрой«тва: Hd фиг. 2 — схема формирователя упр:-:влякхшсfo напряжения, У«1 р<>й ство < u lc !iæè 1 пара.злс л ьно уста новл«нные Il«рвый упругий элемент «уира вляемь<м коэффициентом упругости K < и первый исполнительный механизм 2, расположенные между перемещаемыми первым н вторым рабочими органами 3 и 4 соотBi. гсTBBI

2 ремещениями первого рабочего органа, б.!oi< коррекции, а также последовательно соединенные сумматор и источник опорного напряжения, введены контур управления вторым рабочим органом, на котором p

«мым коэффициентом упругости /х и второй исполните.<ьный механизм 7. Кроме того, в состав устройства входят формирователи

8 и 9 управляющсго напряжения, датчик

l0 перемещения, установленный на рабоч«M органе 3 и связанный с преобразователем ! 1 перемещения, датчик 12 перемещения, установленный на рабочем органе 4 и связанный с преобразователем 13 перс мс пиния, первый и второй сумматоры !4 и 15. первый и второй источники 6 и 17 опорного напряжения, блок 18 вычитания, третий сумматор 19, блок 20 коррекции с коэффициентом --, равным соотношению !!! i !1 рабочего органа 3 и <и > рабочего органа 4, блоки 21 и 22 двукратного интегрирования и блоки 23 и 24 управления.

1504090

Х2оsin — t ®

Тг при t(O; при 0(t(T ;

10 при t)Tz, 30 при t(0; при 0(t(T, при t )T ;

35 (4) 2"

2пяп — t

40 при t(0; при 0(t(T2., 50. 2л

U> ipsi n — t

0 (5) при t(0; при 0(t(T>, при (Т, 55 ри t(0; при 0(t(Ti, при t)T, При этом датчик 10 перемещения через преобразователь 11 и сумматор 14, другой вход которого подключен к источнику 16 опорного напряжения, подключен к одному входу блока 18 вычитания. Датчик 12 перемещения ч<рез преобразователь 13 и сумматор 15, другой вход которого подключен к источнику 17 опорного напряжения, подключен к второму входу блока 18 вычитания, выход которого подключен к управляющему входу управляемого упругого элемента 1.

Выход формирователя 8 подключен к управляющему входу исполнительного механизма 2, а также через блок 20 коррекции — к одному входу сумматора 19 и через блок 21 двукратного интегрирования к одному входу блока 23 управления. Выход формирователя 9 управляющего напряжения подключен к второму входу сумматора 19, выходом подключенного к управляющему входу исполнительного механизма

7, и через блок 22 двукратного интегрирования — к одному входу блока 24 управления. Кроме того, выход преобразователя 11 подключен к второму входу блока

23 управления, выходом подключенного к управляющему входу формирователя 8, а выход преобразователя 13 подключен к второму входу блока 24 управления, выходом подключенного к управляющему входу формировагеля 9.

Датчики 10 и 12, преобразователи 11 и 13, блоки 21- 24, формирователи 8 и 9 образуют ooTBETñòíó þøèå контуры уира вления рабочими органами. Формирователь 8 (и 91 может быть выполнен, например, н виде (фиг. 2) последовательно подключенных блока 25 запуска, ждущего мультивибратора 26, генератора 27 гармонических колебаний. ключа 28 и управляемого усилителя 29. Кроме того, выход ждущего мультивибратора 26 подключен также к второму входу ключа 28.

Устройство работает следующим образом.

Движения рабочих органов 3 и 4 будут стабильными, если при воздействии сил F(jn и F «, их ускорения A i„ и Лд в нача.пе и конце движения равны нулю. Перемещения Л и Х рабочих органов 3 и 4 будут близкими к оптимальным по быстродействию и они вполне удовлетворяют условиям стабиlbHocTH перемещений, если при воздействии управляющих сил f « и F><> ускорения рабочих органов 3 и 4 осуществляются по следующим законам

Х = Л Ipsin — t e (1) 2л

1 где Л2О и Х |о — амплитудные значения ускорений соответственно рабочего органа 4 и упругосвязан15 ного с ним рабочего органа 3;

Т и T — время перемещений рабочих органов 4 и 3.

Так как при постоянной массе рабочих органов управляющая сила пропорциональна ускорению рабочего органа, т. е. F;;I—=

=т Х, где т — масса рабочего органа, то для достижения законов (! ) и (2) законы изменения сил, управляющих перемещениями упругосвязанных рабочих органов, 25 должны быть

P(g) = F i psin — l (3) . 2л

45 при /)Tp; где г1п=m hip H Fop=mr Agp, С помо пью формирователей 8 и 9 формируют управляющие напряжения

1504090 и, ° (. 2л

U>lysin T t при t(0; при 0(t(Tr, Управляющее напряжение (выражение 5) формирователя 8 подают на управляющий вход исполнительного механизма 2, который формирует управляющую силу (выраженис 3), создающую соответствующее ускорение рабочего органа 3. Таким образом, получают Ги,)= К„U„,, где К, — линейный коэффициент преобразовайия исполнительного механизма 2. Далс-= управляющее напряжение формирователя 8 подают на вход блока 21 двукратного интегрирования, на выходе которого получается сигнал, который можно представить в виде

0 при t(0; при 0(t(Tl, при t)Tl.

Как видно, управляющее напряжение формирователя 8 пропорционально ускорению Х пер«мешаемого рабочего органа 3, т. е. (j = —. -Ль Поэтому выходное напряКг ж«,ие блока 21 двухкратного интегрировапри t ) T>, где l„ < и U 20 - — амплитудные значения управляющих напряжений;

Т и 1 ) — длительности периода сигнала управления.

Формирователь 8 работает следующим образом.

Сигналом блока 25 запускается ждущий мультивибратор 26, который вырабатывает один прямоугольный импульс длительностью

T. Последний запускает генератор 27 гармонических колебаний. Период гармонических колебаний равен длительности

Т. При окончании импульса мультивибратора 26 колебания генератора 27 затухают. Далее колебания генератора 27 подаются на один вход ключа 28. на другой вход которого подается импульс ждущего мультивибратора 26. Ключ 28 открывается только на время, равное длительности импульса T. Таким образом, на выходе ключа 28 формируется сигнал «Одной синусоиды», который подается на вход управляемого ) силителя 29. ния пропорционально перемещеник) Л рабочего органа 3, т. е. (/ =К,КО где К„ линейный коэффициент преобразования и блока 21. С другой стороны, перемещение

Л рабочего органа 3 преобразуется датчиком 10 и преобразователем 11 в электрический сигнал, равный (/», =К», . Х, где

К, — линейный коэффициеHT пр«образования датчика 10 и преобразователя 11.

Для исключения влияния перемещения рабочего органа 3 на точность перемещения рабочего органа 4 управляюц1ее напряжение формирователя 8 блоком 20 коррекции умножают на соотношение щ /и и суммируют в сумматоре 19 с управляющим напряжением формирователя 9, а результат суммирования подают на управляющий вход исполнительного механизма 7. Последний формирует управ1яюпсук) силу (вырг жение 4), создак)щую соотвс тствуюшее ускорение (выражение 2). Таким образом, F (t) =К, . l: где K,, — линейный коэффициент преобразования исполнительного механизма 7. Далее управляющее напряжение формирователя 9 двукратно интс грируют блоком 22. Результат интегрирования имеет вид е „, = { — 1 у, (— — * I " ю и —. — 1-)- с, ф1, (д)

2Т

? при ((О; при 0(((Т;

30 при t)T

Так как управляющее напряжение формирователя 9 пропорционально ускорению Х перемещаемого рабочего органа 4, т. е.

И1

11,. = — —, x), то выходное напряжение

1), о блока 22 двукратного интегрирования пропорционально перемещенин) Х ° рабочего органа 4, т. е. (l„, =К„Х, где К„ — линейный коэффициент преобразования блока 22.

C:;другой стороны, перемещение Х рабо4ь чего органа 4 преобразуется датчиком 12 и преобразователем 13 в электрический сигнал, равный 1 ;, =К„, Х, где К». линейный коэффициент преобразования датчика 12 и преобразователя 13.

Для сохранения положения равновесия рабочих органов 3 и 4 при их перемещении необходимо изменять коэффициенты упругости Kl и К упругих -лементов 1 и 6 одновременно сизм,енением перемещений Xl и Х . Для этого датчиком 12 и преобразователем 13 перемещение Х преобразуют в электрический сигнал н после сложения его с опорным напряжением источника 17 изменяют коэффициент упругости К. элемента 6. Сумматор 15 с источником 7 опорного напряжения необ55 ходим для регулировки положения равновесия рабочего органа 4 в исходном состоянии, т. с . для задания 1 акОГО К >, ю ) при кО1орОм Х >/(= — 0

1504090

Формула изобретения

Управление коэффициентом упругости Ki упругого элемента 1 осуществляется следующим образом.

Перемещение Х рабочего органа 3 датчиком 10 и преобразователем 11 преобразуется в электрический сигнал и подается на один вход сумматора 14, на другой вход которого подается опорное напряжение источника 16. Выходные сигналы сумматоров 14 и 15 подаются на входы блока 18 вычитания. Его выходным сигналом изменяется коэффициент упругости Ki ynpyгого элемента 1. Положение равновесия рабочего органа 3 устанавливается с помощью сумматора 14 и источника 16 опорного напряжения, т. е. напряжением источника 16 через сумматор 14 и блок 18 изменяется величина коэффициента упругости К в исходном состоянии таким образом, чтобы Х /t=0

Регулировка величин требуемых перемещений Х и Х рабочих органов 3 и 4 осуществляется с помощью блоков 23 и 24 управления изменением амплитудных значений Uy„n L3„выходных управляю Уф ших напряжений формирователей 8 и 9 и тем самым управляющих сил F «гф и F>rq> .

Это осу ществляется следующим образом.

Датчиками 10 и 12 и преобразователями 11 и 13 измеряются перемещения

Xi и Х> рабочих ораганов 3 и 4 и сравниваются соответственно блоками 23 и 24 управления с выходными сигналами блоков 21 и 22 двукратного интегрирования.

По результатам сравнения в зависимости от требуемых величин перемещений Х, и Х рабочих органов 3 и 4 с помощью управляющих сигналов блоков 23 и 24 изменяются передаточные коэффициенты усилителей 29 формирователей 8 и 9.

Устройство для управления прецизионным микроманипулятором, включаю цим два рабочих органа, первый из которых

40 установлен на втором с помощью napaллельно расположенных первого исполнительного механизма и первого упругого элемента, который выполнен управляемым, а второй установлен на основании также с помощью параллельно расположенных второго исполнительного механизма и второго упругого элемента, содержащее блок коррекции, последовательно соединенные источник опорного напряжения и сумматор, а также контур управления, включаюгций в себя последовательно соединенные датчик перемен ения, установленный на первом рабочем органе, преобразователь перемещения, блок управления, формирователь управляющего напряжения и блок двукратного интегрирования, выход которого соединен с вторым входом блока управления, при этом второй вход сумматора подключен к выходу преобразователя перемещения, а выход формирователя управляющего напряжения подключен также к входам первого исполнительного механизма и блока коррекции, отли«ающеегя тем, что, с целью повышения точности в работе, оно снабжено блоком вычитания, последовательно соединенными вторым источником опорного напряжения и вторым сумматором, а также вторым контуром управления, датчик перемещения которого установлен на втором рабочем органе, а выход его формирователя управляющего напряжения через дополнительно введенный третий сумматор соединен с входом второго исполнительного механизма, при этом второй упругий элемент выполнен управляемым и его вход подключен к выходу второго сум матора, второй вход которого соединен с выходом преобразователя перемещения второго контура управления, второй вход третьего сумматора подключен к выходу блока коррекции, а вход первого уира вляемого упругого элемента соединен с выходом блока вычитания, входы которого связаны соответственно с выходами первого и второго сумматоров.

1504090 (оставитель О. Романенко

Редактор И. Касарда Техред H. Bepec Корректор Т Палий

Заказ 5198 21 Тираж 77Н Подписное

ВНИИПИ ос!дарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ (Х(.P !

13035. Москва. Ж 35, Раушская наб., д 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 10!