Электрогидравлический следящий привод робота

 

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в системах управления промышленных роботов и манипуляторов. Целью изобретения является повышение точности и устойчивости и расширение функциональных возможностей. Исполнительный механизм привода выполнен с тремя степенями подвижности. За счет непрерывной подстройки параметров коррекции обеспечивается инвариантность свойств привода к переменным характеристикам нагрузки. Подстройка параметров осуществляется на основе информации о моментных воздействиях на привод. Эта информация формируется третьим сумматором 20, пятым блоком 27 умножения и пятым сумматором 33, а с помощью первого и второго блоков 5, 7 умножения, шестого блока 28 умножения и блока 3 деления вводится цепь управления гидропередачей. 2 ил.

А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) Of> (51)5 Г 15 В 9/03

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТ?{РЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4451992/31-29 (22) 29. 06. 88 (46) 15.04.90. Бюл, и 14 (71) Дальневосточный политехнический институт им. В.В.Куйбышева и Николаевский кораблестроительный институт им. адм. С.и.Макарова (72) В.Ф.Филаретов, Ю.П.Кондратенко и М.Д.Чернов (53) 62-521 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

tf 1432280 кл. Г 15 В 9/03, 1986, 2 (54) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЦИЛ

ПРИВОД РОБОТА (57) Изобретение относится к гидро-. автаматике и может быть использован;> в системах управления промышленных роботов и манипуляторов. Целью изобретения является повышение точности и устойчивости и расширение Функциональных возможностей. Исполнительный механизм привода выполнен с тремя степенями подвижности, а за счет

3 1557371 непрерывной подстройки параметров коррекции обеспечивается инвариантность свойств привода к переменным характеристикам нагрузки. Подстройка параметров осуществляется на основе

5 информации о моментных воздействиях на привод. Эта информация формируется третьим сумматором 20, пятым блоком

27 умножение и пятым сумматором 33, а с помощью первого и второго блоков

5, 7 умножения, шестого блока 28 умножения и блока 3 деления вводится цепь управления гидропередачей.

2 ил.

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в системах управления промышленных роботов и манипуляторов.

Целью изобретения является повышение точности и устойчивости и расширение функциональных воэможностей.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема электрогидравлического следящего привода робота", на фиг. 2 кинематическая схема исполнительного механизма.

Электрогидравлический следящий привод робота содержит последовательно соединенные измеритель 1 рассогласования, первое дифференцируащее звено 2 с замедлением, блок 3 деления, второе дифференцирующее звено

4 с замедлением, первый блок 5 умножения, первый сумматор 6, второй блок 7 умножения, первый усилитель 8, привод 9 регулирующего органа насоса

10, связанного гидролиниями 11 и 12 с гидромотором 13, выходной вал 14 которого кинематически связан исполнительным механизмом с рабочим органом робота и датчиком 15 положения, подключенным своим выходом к второму входу измерителя 1 рассогласования, выход которого через апериодическое звено 16 второго порядка подключен к второму входу первого сумматора 6, последовательно соединенные первый источник t7 опорного напряжения, второй. сумматор 18, третий блок 19 умножения и третий сумматор

20, к второму входу которого подключен выход второго источника 21 опорного напряжения, последовательно соединенные датчик 22 усилия рабочего . органа {схвата), четвертый сумматор 23, к второму входу которого подключен выход третьего источника 24 опорного напряжения, четвертый блок 25 умножения, к второму входу которого подключен выход датчика 26

40 скорости третьей степени подвижности исполнительного механизма, и пятый блок 27 умножения, последовательно соединенные шестой блок 28 умножения и апериодическое звено 29, выход когорого подключен к третьему входу первого сумматора 6, последовательно соединенные седьмой блок 30 умно>нения и второе апериодическое звено 31, выход которого подключен к четвертому входу первого сумматора 6, а также последовательно соединенные четвертый источник 32 опорного напряжения, пятый сумматор 33, второй усилитель 34, выход которого подключен к второму входу второго блока 7 умно>нения. Выход датчика 22 подключен к второму входу третьего блока 19 умножения.

Первый вход шестого блока 28 умножения соединен с выходом блока 3 деления и первым входом седьмого блока

30 умножения, а второй вход — с выходом пятого блока 27 умножения. Выход третьего сумматора 20 подключен к вторым входам первого и седьмого блоков 5 и 30 умножения. Вход делителя блока 3 деления соединен с выходом пятого сумматора 33, второй вход которого соединен с выходом пятого блока 27 умножения. Кроме того, привод содержит первый и второй датчики 35 и 36 положения третьей степени подви>нност>и, объединенные в одном корпусе и установленные на третьей степени подвижности исполнительного механизма, имеющего звенья 37-39, причем выход первого датчика 35 подключен к вторым входам. второго и третьего сумматоров

18 и 20, а выход второго датчика 36 гидромотора - с вторым входом пятого блока 27 умножения. На выходе усга новлен редуктор (не показан).

Электрогидравлический следящий привод робота работает следующим образом.

71 где I 2

«г

Iç (Ем +mü 1Э) Э

»г

Е =(Е„+т, 1, ) 4

25 Дт «г

ДЧ q(,Е г + Ч! (I>3 + m313 ) +

» г «г

qi (МФ 1п4((Э 9) . Ф

2 (l> + 1э) 1 cos Ч,))+ q,m, ъ

35- — —, =Ч Е л Ч (Е лг,1 ) 1

М г Ф((Э Э) 4

2(}Э + 1Э)14соз ЧЭ)) + q m ((1 +

4 "- Э 1 2

2 « и ««. + 1,) + (1 + 1,) — 2(1, + 1,) (1, +

14)m2э

5 15573

На вход измерителя 1 рассогласования подается управляющее воздейст) ж .,вие q, обеспечивающее требуемый закон управления. На выходе измерителя вырабатывается сигнал ошибки о который в блоках 2, 3, 4, 5, 7 и i6 усиливается и поступает на привод 9 регулирующего органа насоса l0; кото.рый, создавая поток. рабочей жидкости в гидролиниях 11 и 12, воздействует !

0 на гидромотор 13 с редуктором, выходной вал которого изменяет положение рабочего органа, т.е. уменьшает рассогласование о . Привод при работе с различными грузами также за счет

15 взаимовлияния степеней подвижности исполнительного механизма обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широ- 20 ких пределах, что снижает качественные показатели работы привода и приводит к потере устойчивости его работы.

Параметрами работы привода являются: ж — сигнал желаемого положения на входе измерителя 1: . qi, Ч, q — соответствующие обобщенные координаты звеньев

37, 38 и 39 исполнительного механизма; — скорость изменения обобщенной координаты q, — ошибка привода (величина рассогласования);

m2 m m4 — соответственно HBccbf звеньев 37, 38 и 39;

m — .масса захваченного схеа 2

« том груза;

1, — расстояние от центра масс

Э звена 38 до оси вращения;

«

14 — расстояние от центра масс звена 39 до оси вращения;

14 — расстояние от центра масс звена 39 до центра схва- 45 та.

Кинетическая энергия всех движущихся масс исполнительного механизма

Ч

+ (m<+m +m +m)

4 2 момент инерции звена

37 относительно продольной оси; — момент инерции звена

38 при вращении его относительно звена 37; момент инерции звена

39 при вращении его .относительно звена 38," —, моменты инерции звеньев

38 и 39 относительно поперечной оси, проходящей через центр масс;

I — момент инерции вращающихся частей гидромотора 13 и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу 14.

Учитывая, что э + lq) + (1+ + 14) — 2(1э +

+ lэ) (14 + 1л) cos q );

+ 14) cos Ч + 2q, q>sin q (l > + 1») :

» » % л14н< + 2Ч qÇ Sii!q Э(1Э + lg) (14 +

Ыг 2 I 2 14 Z т=- — q + — ° q + — -„ .+

2 2 2

m2(14 + 14)

» 2 фЙ

2 ЧЗ (ИЭ Э(Ф

+(lэ + 1Э) — 2 (1э + lэ) 14 co5qэ))»

« Д «»2

Э) (Ф 4)

» Я

2(1> + 1 ) 1» + 14) cos q )-!- + можно считать, что моментное воздействие движущихся масс !

Ж вЂ” Н(ЧЭ Ply) q + Ь(Ч qgp п ) Ч где составляющая

H(q m<) I>2 + ЕНЭ + I N4. +

» 2. »2. ф

+ шЭ1э + тл4((1Э + 1э) + 14 — 2(1Э +

1557371 где P

Н(Р) - символ дифференцирования; — передаточная функция привода;

N (P) и

И (Р) 10

M(P) = () р N„,м

Г(О

«Ч (P), 20

К И i — — — - --Р— ч () 1001.Э? + Й 1Р (Р) Ч (t) (Н + 1,. )Ч (У (Е Р

9 Е

Ке(1.,Ь + 0,01Ц g K (, .„0

+ 1 )1 сов q>) + m< ((1> + 1 ) +

% Ф з а+ 4) (+ 3)(+ 4) .. «соя q ), составляющая

4. %

h(q, q». m ) = 2(1> + 1 ) q> (m<1 +

+ mg(1q + 1 ) s1n д g, Передаточная функция разомкнутого привода может быть представлена в виде: — соответственно передаточ.ные функции усилителя 8 и регулирующего органа насоса 10;

И (Р) — передаточная функция коррекции;

И ц,,,(P) — передаточная функция гид...ропередачи, состоящей из насоса 10 и гидромотора 13.

Передаточная функция гидропереда. чи с учетом утечки рабочей жидкости

1 имеет вид: текущии и мдксимальныи углы поворота регулиру-. юцего органа насоса 10;

1 н 2д

К

Fm где K E " постоянный коэффициент

1 — передаточное Отношение ре- 35

P дуктора; — характерный объем гидромотора 13;

И вЂ” характерный объем насоса

10;

Яд - скорость вращения насоса

10;

V — объем рабочей жидкости в гидролинии 11 нагнетания и полости нагнетания насо- 45 са 10;

L — утечка рабочей жидкости.

Из последнего выражения видно, что параметры передаточной функции являются переменными и зависят от

N>(P), а также от L . В результате значительно изменяются и динамические свойства электрогидравлического следящего привода. Для сохранения неизменных динамических свойств электрогидравлического следящеro привода необходимо застабилизировать все параметры передаточной функции

И(Р). коррекция И„(Р) осуществляется с помоцью апериодического звена 16 второго порядка с передаточной Функцией

И (Р) (Т P + 1) (Т Р + 1) двух дифференцирующих звеньев 2 и 4 с замедлением, причем передаточные функции последних И (P) и Ы (Р) имеют вид:

Ы (Р) = — -1 — — °

К P

TP+ 1

К Р

1 4 (Р)

ТР+ 1 гдеК,=1/К, К, =V, а также апериодических звеньев 29 и

31 с передаточными функциями:

Ч

И (Р)

ТР+1

КЕ

Я,(Р)

ТР+1

Параметры Т и Т выбирают достаточно малыми с целью. придания приводу необходимых динамических свойств.

Для непрерывной подстройки параметров коррекции Ык(Р) по текущим

1557371 значениЯм 11 (q » ); h (q,, m > и L> используются блоки 5, 30 и 28, на вторые входы которых подаются сигналы, пропорциональные Н + Iiр и h .г, соответственно.

5 .г

Сигналы пропорциональные Н + Ii и h формируются следующим образом, 1

Измеряется с помощью первого датчика

35 положения значение соя q4 и подается на третий вход третьего сумматора 20 с коэффициентом - 2(l + 1 )х

% э 9

«1 в < и на второй вход второго сумматора 18 с коэффициентом - 2(1з + 1 )к

К

3 3 х(1 + 1 ) и складывается на втором сумматоре 18 с сигналом (1 + 1 )24

% 2

+ (1 + 1 ), получаемым с выхода первого источника 17 опорного напряжения, В результате на выходе второго сумматора 18 получается сигнал 20 си

m 1у + mг(1 + 1,), так как суммирование сигнала, пропорционального н 2 с выхода датчика 22 происходит с коэффициентом (1 + 1 ).

15 Тогда после умножения этого сигнала на сигналы датчика скорости и второго датчика 36 положения на выходе блока 27 умножения сигнал равен:

Х(1 4 1 ) cos q

При этом четвертый сумматор 23

25 имеет коэффициент усиления, равный

2(1 + 1 ). Первый вход пятого сумматора 33 имеет коэффициент усиления, равный единице, а второй - пропорциональный L>, Четвертый источник 32 опорного напряжения имеет на выходе сигнал, пропорциональный 0,01

На выходе пятого сумматора 33 сигйал равен L h + 0,0102 i и подается

У ф р на блок 3 деления. Второй усилитель

34 имеет коэффициент усиления, про35 порциональный величине 0,0111 i p г . а

Второе апериодическое звено 31 ймеет передаточную функцию 11,, (р)

= 1-эК в / т р + 1. Таким обРазом, с учетом вида передаточных функций

<(P) э 1 (Р) х 1g gg (Р), Иру (Р), W и (Р) на выходе второго блока 7 умножения сигнал равен: (H+ 1,- )V 2 (H+ Iie) LqKE+ hV P ., 1

° 2

К (т„,ь + 0 01 М 12 ) KE(L3h + 0.01ичу) У i$ (H + Iig )ЬэКк + hV р +

0 01Р i2) КЛ(Lэh + 0 01Ы.9 12 ) (H4»g

Rg(Leh +

К (T,Ð +

Я .2

1001,h + 1 > e )

1)(т,р + 1) (Р

-Ч вЂ” Р .

2 (1> + 1>) + (1+ + 1 ) — 2(1+ + 14) х поступающий на первый вход третьего блока 19 умножения, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный m< с выхода датчика 22. На выходе блока 19 получается сигнал ((1З + 1з) + (i + 4) 2(1З + 1ю)х г

Ф

И4 1<) q> °

Этот сигнал подается на первый вход третьего сумматора 20, на третий вход которого поступает сигнал

11, + 1„4 ?к + 1л1 + myis + п 4

Ф, Х((1 4 1,) 4 1„) с выхода второго источника 21 опорного напряжения, на. выходе третьего сумматора 20 сигнал равен:

В результате передаточная функция ,коррекции будет иметь вид

10 а

11-р+ 4 4 1н + 1-н ((-

52 -Н г «2 %

+ 1 ) + 1 — 2(1> + 1 ) 1 cos qz) =и+ Il,.

На выходе четвертого сумматора 23 гнал равен:

2(1> + 1 ) 1 sin q> (тэ1 + тпг s х(1Ф + 1х)).

11 155 а переДаточная функция прямой цепи разомкнутого привода имеет вид:

Ы(Р) = И И (Р) (Т<Р + 1) (Т Р + 1)Р

Таким образом, все параметры передаточной функции при введении коррекции остаются постоянными., а следовательно, постоянными будут сохраняться и динамические свойства и качественные показатели всего электрогидравлического следящего привода, т.е. точность и устойчивость не будут зависеть от

Н и h, в приводе обеспечена желаемая инвариантность к нагрузочным характеристикам.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Электрогидравлический следящий привод робота, содержащий последовательно соединенные измеритель рассогласования, первое дифференцирующее звено с замедлением, блок деления, второе дифференцирующее звено с замедлением, первый блок умнон<ения, первый сумматор, второй блок умножения, первый усилитель, привод регулирующего органа насоса, связанного гидролиниями с гидромотором, выходной вал которого кинематически связан исполнительным механизмом с рабочим органом робота и с датчиком положения, подключенным выходом к второму входу измерителя рассогласования, выход которого через апериодическое звено второго порядка подключен к второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый источник опорного напряжения, второй сумматор, третий Ьлак умножения и третий сумматор, к второму входу которого подключен выход второго источника опорного напряжения, последовательно соединенные датчик усилия ис7371 12 полнительного органа, четвертый сумматор, к второму входу которого подключен выход третьего источника опор5 ного напряжения, четвертый блок умножения, к второму входу которого подключен выход датчика скорости, и пятый блок умножения, последовательно

=оединенные шестой блок умножения и апериодическое звено, выход которого подключен к третьму входу первого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения и второе апериодическое звено, выход которого подключен к четвертому входу первого сумматора, а также последовательно связанные четвертый источник опорноо напряжения, пятый сумматор, второй силитель, выход которого подключен

20 к второму входу второго блока умножения, причем выход датчика усилия подключен к второму входу третьего блока умножения, первый вход шестого блока умножения соединен с вы25 ходом блока деления и первым входом седьмого блока умножения, а второй вход — с выходом пятого блока умножения, выход третьего сумматора подключен к вторым входам первого и

30 седьмого блоков умножения, а вход делителя блока деления соединен с выходом пятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом пятого блока умножения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и устойчивости и расширения функциональных возможностей, исполнительный механизм выполнен с тремя степенями подвижности и снабжен

4р первым и вторым датчиками положения третьей степени подвижности, причем выход первого датчика подключен к вторым входам второго и третьего сумматоров, а выход второго датчика

4 к второму входу пятого блока умножения.

1557371

Составитель С. Рождественский

Техред M.дрык Корректор А.Обручар

Редактор А.Лежнина

Заказ 708 Тираж 527 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. У кгород, ул. Гагарина, 101