Устройство для управления приводом робота

 

Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано в электроприводах промышленных манипуляторов. Целью изобретения является повышение точности устройства. Устройство для управления приводом робота содержит первый сумматор 1, дифференциатор 2, первый блок 3 умножения, второй сумматор 4, апериодическое звено 5, второй блок 6 умножения, первый усилитель 7, электродвигатель 8 с редуктором, датчик 9 положения, датчик 10 скорости, датчик 11 тока, датчик 12 ускорения, объект 13 управления, первый блок 14 деления, вычислительный блок 15, который содержит третий сумматор 16, интегратор 17, второй блок 18 деления, первый релейный элемент 19, источник 20 опорного напряжения, третий блок 21 умножения, четвертый сумматор 22, второй усилитель 23, пятый сумматор 24, третий блок 25 деления, первый выпрямитель 26, первый нелинейный блок 27, первый элемент 28 выборки-хранения, второй нелинейный элемент 29, четвертый 30 и третий 31 релейные элементы, второй элемент 32 выборки-хранения, четвертый блок 33 умножения, второй выпрямитель 34, моментный вход 35, вход 36 скорости и вход 37 ускорения вычислительного блока 15, первый 38, второй 39 и третий 40 выходы вычислительного блока 15. Изобретение позволяет повысить точность работы электроприводов роботов при скоростях, близких к нулю. Это обеспечивается за счет исключения операции деления на малую величину и за счет сохранения знаков делимого и делителя. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) Я! 0!1 54 1 (51) 5 С 05 В 11 00

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1405023 (21) 4323431/24-24 (22) 02 ° 11.87 (46) 07.02.90. Бюл. У 5 (71) Дальневосточный политехнический институт им. В.В.Куйбышева (72) В.Ф.Филаретов (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство ГССР И 1405023, кл, Г 05 В 11/00, 08.04.85.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЛРИВОДОИ РОБОТА (57) Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано в электроприводах промышленных манипуляторов. Целью изобретения является повышение точности устройства ° Устройство для управления приводом робота содержит первый сумматор 1, диАференциатор 2, 154 1554

15 первый блок 3 умножения, второй сумматор 4, апериодическое звено 5, второй блок 6 умножения, первый усилитель 7, электродвигатель 8 с редуктором, датчик 9 положения, датчик .10 скорости, датчик 11 тока, датчик

12 ускорения, объект 13 управления, первый блок 14 деления, вычислительный блок 15, который содержит третий сумматор 16, интегратор 17, второй блок 18 деления, первый релейный элемент 19, источник 20 опорного напряжения, третий блок 21 умножения, четвертый сумматор 22, второй усилитель 23, пятый сумматор 24, третий блок 25 деления, первый выпрямитель

26, первый нелинейный элемент 27, Изобретение относится к области систем автоматического управления приводом, может быть использована в электроприводах промышленных манипуляторов и является усовершенствованием устройства по основному авт. св.

N- 1405023.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг ° 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — кинаматическая схема исполнительного органа робота, управляемого с помощью предлагаемого устройства.

Устройство для управления приводом робота содержит первый сумматор

1, .дифференциатор 2, первый блок 3 умножения, второй сумматор 4, аперио- 40 дическое звено 5, второй блок 6 умножения, первый усилитель 7, электродвигатель 8 с редуктором, датчик 9 положения, датчик 10 скорости, датчик

11 тока, датчик 12 ускорения, объект

13 управления, первый блок 14 деле.ния, вычислительный блок 15.

Вычислительный блок 15 содержит третий сумматор 16, интегратор 17, второй блок 18 деления, первый релей- 50 ный элемент 19, источник 20 опорного напряжения, третий блок 21 умножения, четвертый сумматор 22, второй усилитель 23, пятый сумматор 24, третий блок 25 деления, первый выпрямитель

26, первый нелинейный элемент ° 27, первый элемент 29 выборки-хранения, второй нелинеиный элемент 29, четвертый релейный элемент ЗО, третий репервый элемент 28 выборки-хранения, второй нелинейный элемент ?9, четвертый 30 и третий 31 релейные элементы, второй элемент 32 выборкихранения, четвертый блок 33 умножения, второй выпрямитель 34, моментный вход 35, вход 36 скорости и вход

37 ускорения вычислительного блока

15, первый 38, второй 39 и третий 40 выходы вычислительного блока 15.Изобретение позволяет повысить точность работы электроприводов роботов при скоростях, близких к нулю. Это обеспечивается за счет исключения операции деления на малую величину и за счет сохранения знаков делимого и делителя. 2 ил. лейный элемент 31, второй элемент 32 выборки-хранения, четвертый блок 33 умножения, второй выпрямитель 34, мо-. ментный вход 35, вход 36 скорости и вход 37 ускорения вычислительного блока 15, первый, второй и третий 38-40 выходы вычислительног0 блока 15.

Устройство работает следунщим образом.

Сигнал ошибки Е после коррекции поступает на электродвигатель 8 с редуктором. Электропривод при работе с различными грузами, а также за счет влияния степеней подвижности исполнительного органа, обладает переменными.моментными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах.

Это снижает качественные показатели электропривода и приводит к потере устойчивости его работы. Для динамической и статической коррекции свойств замкнутого контура вычислительный блок вырабатывает соответствующие сигналы, смысл введения которых вытекает из следующих соображений.

Рассмотрим устройство для управления приводом робота относительно вертикальной оси его исполнительного органа (фиг. 2). Этот привод управляет обобщенной координатой В . Следует отметить, что рассмотренная схема является типичной для отечественных и зарубежных промышленных роботов, работающих в цилиндрической системе координат, Данная конструкция исполнительного органа ггоззо (яет также осуществлять вертикальш.е прямолиней154

1554 где М д

t5!

K„K + R,(h + Kb))/ P (Н + Е) р

KsKM К„К„,+ Rg(h + Kb)

1 кор (")

Я Ем 1

p +

Кн К® (2) 30

Мч)0 с.0

"Р О (М „»

=const) .

1р 1М лрl

1 p I Mс.т р l npu

Ubie 9

P d

+ /M„p/з18п ) h /Й/» A

bHiQ7

М при о >

М «-A ное перемещение груза (обобщенная координата gQ) и его горизонтальное прямолинейное перемещение (обобщенная координата g y), Следует отметить, что моментные характеристики привода, управляющего координатой g соответственно зависят от изменения координат g и g .

В связи в этим для качественного уп= равления координатой g необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат g > и gs на динамические свойства привода поворота.

В ряде работ отмечается возможность представления движущего момента электродвигателя в следующем виде:

Мд =М=«q + 4/p+

+ Kg ) + ) M,zp(signd (1) где К,д — коэфАициент противоЭДС электродвигателя 8 р

R — активное сопротивление якорЯ ной обмотки электродвигателя 8.

Из выражения (2) видно, что параметры корректирующего устройства (h и Н ) необходимо непрерывно подстраивать под их текущие значения Н вЂ” H (g mr) h h (Ез g3, m„)

H Н(Р )/i,, h h(g„g )/1,.

С учетом ряда соображений (согласно известному изобретении) выражение (1) можно свести к виду

d((I + H )ч Ч)

Идь

Jt

+ К„ > +

Третий вход третьего сумматора 16 имеет коэффициент усиления К„1р, а его первый (отрицательный) вход— коэффициент усиления К 1р. Выходной сигнал первого релейного элемента 19 подаваемый на второй (отрицательный) вход третьего сумматора 16, Аормируется по закону — полый момент, развиваемый электродвигателем 8, К„ - момен-.íûé коэфАициент, соответственно угол, скорость и ускорение вращения, вала двигателя;

Š— момент инерции ротора электродвигателя 8 и вра10 щающихся частей механической передачи;

1р — пеРеДато:ное отношение Редуктора, Кь — коэффициент вязкого трения;

М „ — момент сухого трения (К и М 7Р приведены к валу двигателя);

- ток электродвигателя 8.

20 Корректирующее устройство преобразует сигнал О во входной сигнал электродвигателя 8:

На выходе третьего сумматора 16 формируется сигнал, равный

1р(Мдь Kblp Мстр sign Q(g

На выходе интегратора 17 имеем сигнал lp(I + Н )Й = (Ilp + Н)М, а на выходе второго блока !8 делениясигнал Iip + Н.

° Q

Выходной сигнал первого нелинейного элемента имеет вид

50 где — задаваемая малая постоянная положительная величина.

Первый выпрямитель 26 и первый нелинейный элемент 27 предназначены для обеспечения качественной работы вто154 1554 рого блока деления ° Эта цель достигается, если на его входы подаются сигналы постоянных знаков. Причем на вход делителя не должен подаваться

< сигнал меньше величины h, . .Последнее условие обеспечивается первл1м нелинейным элементом 27, с выхода которого всегда поступает сигнал Д, Выходной сигнал второго нелинейного элемента 29 имеет вид

1К 1Й! ЪЬ ь" 29 о io(1 где К ) Π— постоянная величина.

1 При уменьшении величины 1 ниже некоторого допустимого значения второй нелинейный элемент 29 перево- Zp дит первый элемент 28 выборки-хранения в режим. запоминания.При этом на выходе этого элемента. сохраняется .е то значение Ii > + H, которое было измерено в момент отключения второго 25 нелинейного элемента 29. При увеличении 1о(в некоторый момент (который определяется значением ) вновь срабатывает второй нелинейный элемент 29 первый элемент ?8 выбор- 3П

1 ки-хранения г1ереводится в режим слежения, и схема опять воспроизводит текущее значение Ii.р + Н.

В течение времени отключения г.хемы измерения Iiр + Н (скорость дви, Q жения i < I меньше 13 ) может произойти изменение em истинного (текущего) значения на некоторую величину.

Это может привести к снижению качества работы привода. Однако предполагается, что величина 6 является достаточно малой, т.е. рабочие скорости находятся далеко за указанным пределом, а уменьшение (М1 до величины Ь возможно только перед остановкой и 45 реверсом привода. В случае резкого изменения Iip + Н в режиме остановки электропривода предлагаемая коррекция по истечении некоторого малого промежутка времени настроится на но- 50 вое значение Iip + Н, т.е работоспособность и качественные показатели работы привода будут полностью восстановлены.

После перемножения Ii + Н (в, Я третьем блоке 21 умножения) на сигнал

И ° 2

М имеем (Tir +Н) oL,а на выходе чет- (! вертого сумматора ?2 iph М q = hi.

Поскольку сигнал h:(может иметь ра 3ные знаки, то сохраняется только em модуль с помощью второго выпрямителя 34. Как и ранее, поделив сигнал

)h с 1 на 1Й 1 в третьем блоке 25 деления, на его выходе получаем сигнал, равный lh!. Взятие модулей соответствующих сигналов осуществляется также с целью повышения точности работы третьего блока 25 деления. Третий 31 и четвертый 30 репейные элементы позволяют восстановить знак текущего значения h, которое окончательно формируется на выходе четвертого блока 33 умножения. Подав сигнал h на вход пятого сумматора 24 с коэффициентом усиления, равным 211, и сложив его с сигналом источника 20 опорного напряжения, равным (К 1 <д +

° 11

+ R>Kb)i, на выходе пятого сумматора 24 получаем сигнал К„К 3 р +R2{K>lp+

+ h). Пропустив этот сигнал через второй усилитель ?3 с коэффициентом усиления 1/(К,К<,332р), на его гыходе получаем сигнал, равный коэффициенту усиления последога тельного корректирующего звена

КК„+ R (K, +h ) К кор т °

Ки со (выражение (2)$ .

Поделив сигнал с вл1хода первого элемента 28 выборки-хранения, равный

?1р + И, На СИГНап С ВЛ1ХоДа ПЯТОГО .В сумматора ?4 равный К1,К„(р + + R<(KI!i< + h), lll выходе первого

1блока 14 деления ил1< ем сигнал (I +

) (К.К Ня(КЪ

Работа привода при скоростях движения, больших предельного значения протекает так же, как в основном устройстве. Введение новых элементов не изменяет сущности работл1 всей системы, а только существенно повышает точность ее работы за счет: устранения ошибок, обусловленных погрешностями при выполнении операций деления. Эти погрешности приводят к ухудшению качества управления не только при малых значениях Й, так как вызывают часто недопу тимое остаточное параметрическое возм ляение системы уже и при работе на .. 6.

Формул а и з о б р е т ения

Устройство цзя управчения приводом робота пс ;Звт. .в. М 1405023, л / ФиЕ. Р

Сос тавитель Б. Кирсанов

Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

Редактор Е. Лапп

Заказ 278

Тираж б62

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

9 154 отличающееся тем, что, сцелью повышения точнос ти, вычислительный блок содержит третий-пятый сумматоры, интегратор, два блока деления, третий и четвертый блоки умножения, три релейных элемента, второй усилитель, источник опорного напряжения, два нелинейных элемента и два элемента выборки-хранения, источник опорного напряжения соединен с первым входом пятого сумматора, выход которого через второй усилитель соединен с первым выходом вычислительного блока, третий выход которогр соединен с входом второго усилителя, вход скорости вычислительного блока через первый релейный элемент соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен с входом интегратора и первым входом чет.вертого сумматора, второй вход которого соединен с. выходом третьего блока умножения, выход четвертого блока умножения соединен с информационным входом второго элемента выборки-хранения, выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора, моментный вход вычислительного устройства соединен с третьим входом третьего сумматора, первый вход которого соединен с входами первого и

1554 J0 второго нелинейных элементов и входами первого и четвертого релейных элементов, вход ускорения вычислительного блока соединен с входом третьего

5 блока умножения, выход второго нелинейного элемента соединен с управляющими входами второго и первого элементов выборки-хранения, информационный вход которого соединен с выходом второго блока деления, вход делителя которого объединен с входом делителя третьего блока деления и соединен с выходом первого нелинейного элемента, выход четвертого сумматора через третий релейный элемент соединен с первым входом четвертого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого релейного элемен20 та, выход четвертого сумматора через второй выпрямитель соединен с входом делимого третьего блока деления, выход которого соединен с третьим вхо дом четвертого блока умножения, вы-

25 ход интегратора через первый выпрямитель соединен с входом делимого второго блока деления, а выход первого элемента выборки-хранения соединен с вторым входом третьего блока умножения и с вторым выходом вычислительно- (го блока.