Устройство для управления манипулятором по вектору скорости
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может найти применение в системах управления манипуляторов и робототехнических систем. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения управления по декартовым и шарнирным переменным, введения режима согласования выходных сигналов с текущими. Устройство содержит первый и второй блоки коммутаторов 1,2, блок прямого преобразования координат 3, блок суммирования 4, блок умножения на постоянную матрицу 5, первый и второй блоки интеграторов 6, 7, элемент НЕ 8, элемент И 9. Введение первого и второго блоков коммутаторов, второго блока интеграторов, элемента И и элемента НЕ позволяет достичь поставленную цель при малых аппаратурный затратах. 3 ил., 1 табл. СЛ С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 05 В 19/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
3 ил„1 табл.
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4675081/24 (22) 09.03.89 (46) 15.01.92. Бюл. М 2 (71) Объединение кооперативов "Символ" (72) В.М.Буданов, Е.В,Гурфинкель, Л.Г.Штильман и А,А.Казачков (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 633725, кл, В 25 J 13/00, 1978.
Спецвычислитель для преобразования координат в системе управления искусственной конечностью, — проспект ВДНХ
СССР, 1981, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРОМ ПО ВЕКТОРУ СКОРОСТИ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может найти приИзобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может. найти при- менение в системах управления манипуляторов и робототехнических систем, Известно устройство, обеспечивающее в независимых от кинематики манипулятора координатах позиционно-скоростное управление и содержащее задающий орган, блок нелинейных преобразователей, блок пороговых элементов, вычислительное устройство, блок изменения структуры системы, исполнительный механизм. При этом в вычислительном устройстве производится преобразование командных сигналов, поступающих с задающего органа, в сигналы, соответствующие шарнирным скоростям манипулятора с помощью якобиана преобБЫ„1705803 А1 менение в системах управления манипуляторов и робототехнических систем. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения управления по декартовым и шарнирным переменным, введения режима согласования выходных сигналов с текущими. Устройство содержит первый и второй блоки коммутаторов 1, 2, блок прямого преобразования координат 3, блок суммирования 4, блок умножения на постоянную матрицу 5, первый и второй блоки интеграторов 6, 7, элемент НЕ 8, элемент И 9. Введение первого и второго блоков коммутаторов. второго блока интеграторов, элемента И и элемента НЕ позволяет достичь поставленную цель при малых аппаратурнык затратах. и разования, связывающего шарнирные переменные манипулятора с координатами, в которых осуществляется управление.
Наиболее близким по техническому ре- ОО шению к предлагаемому изобретению явля- С) ется устройство для преобразования (д) трехмерного вектора прямоугольных координат конца искусственной конечности в углы поворота ее звеньев. которое содержит последовательно соединенные блок сравнения, блок умножения вектора рассогласования на постоянную матрицу и блок интеграторов, выходы которого являются выходами устройства, а также тригонометрический блок в цепи обратной связи, при этом его вход соединен с выходом блока интеграторов, а выход — с вычитающим вхо1705803 дам блока сравнения, суммирующий вход которого является Входом устройства, При этом тригонометрический блок (блок прямого преобразования координат) осуществляет преобразование вектора шарнирных 5 углов в вектор декартовых координат по формулам
Х1 = (lo +11 з!г1иг + I2 з1п(аг — сиз)) sinai, Хг = (lo + 11в1пс. г + 1г sir1(a2 — с4))сosrri, Хз — 11с0$с:"„ + 1гсоз(Гхг (Х3). (1)
Недост тком указаннь,х устройсте является то, TO OI и «е позволяют управлять отдельнь ми шар1 ирами манипулятора и не обеспечива Ог согласование управляющих сигналов с текущим положением манипулятора в начале раб1.ты В 1ом числе, при Включении питания.
Целью и Обрег 11ия является расширение фу11кц110,1ал1,»1, х 110зможностей устройства за с1ег Обес11 - <ения управле1IHrI llo декартовым . шэр>I!IpHI переменным и введения I 1к1 л1а согласования выходных сигналов устройсT .а с реальным положением манипулч1ора В 1ачале работы и при переходе с управления в прямоугольной си- 25 стеме координат на управление отдельными шарнирами и „братно.
TpxHvlKo-э ономический эффеKT предлагаемого ус ."ой1.г га сост0.1т в существенном упрсп е ни pv ilroro управления манипуг1яц сн:11 .1 сиг;е ами с бол шим числом сте11еней псдВ11жности, B соВмещении сущесгген10 нп;ных режимов рабог 1 при малых лг.парат pliblx затра гах.
Указанная i,ель,1001игается rei, по устООЙСтВЕ Со,", .p::. ii,oo бЛOK op!IIKIOr„:,p;..OÜоаçoвани:, :"Îрднl Т, блoK cpasiloнил, блок умно>к н -1,з no . Гоянн, 01латрицу, первый
o;I0K ин ег11аторop, oi.l:«1д holopoi o яВ lяется Выхоц1. 1з „ с грэ11. Ва, а . 1нфорк1ац 10нн1.1й вход подк 1«ен к ВВ1;Оду блока умножения на постоянн, ю i а pIIII,«вход которого подклю.1е. к .-В1ходу злока сравнения, первый
r:ход к0101>s 0 il .:,Дк K1 сн к Выходу б IOK3 прям01о 11. .Обца, oi «1:ч координат, goiTonнитольно с дорж 1т 1 ерьы1. Второи блоки комму1аторз.,;roi Ой блок ин1егра1ороь элемент И, эле1.с 1г ЧЕ, вход которого подключен 1. У11рав 1110щему Входу Вторoro бл,зКа ИНтЕГРато;ЗОВ и;В .:«ГСЯ ПЕРВЫМ ВХОДОМ
Г0 режима раГс-.ы ус1ройс.гва, а Выход — к первому входу эльмен га!1, Второй Вход которого подклю ен K уг1 равля:Още11у входу первого блока интегра1оров и является втор1 м Входом зада 1ия р жима работы устройства, а 55 выход соедин- н с управляющими входами
nepaoro и В1ор г . блоков коммутаторов, выходы Kolopb. 10д1«ночены соответств нно к входу t:iОoкKа !1p 1 oro rip! Образования координат и к входу задания начальных услоВий второго блока интеграторов, выход которого подключен к второму входу блока сравнения и к входу задания начальных условий первого блока интеграторов, а информационный вход является входом задания скорости изменения переменных устройства, выход первого блока интеграторов подключен к первому информационному входу первого блока коммутаторов, второй информационный вход которого подключен к первому информационному входу второго блока коммутаторов и является входом текущего положения шарниров манипулятора устройства, второй информационный вход первого блока кОммутаторов подключен к выходу блока прямого преобразования координат, при этом блок сравнения выполнен в виде блока сумматоров.
На фиг.1 показана блок-схема устройстВа; на фиг.2 — схема подключения предлагаемого устройства для управления манипулятором, на фиг.З вЂ” пример конкретной реализации блока прямого преобразоВания координат, На фиг.4 приведена таблица, поясняющая изменение структуры связей между блоками устройства в различных режимах работы.
Устройство для управления манипулятором по вектору скорости (фиг.1) содержит первый и второй блоки коммутаторов 1, 2. блок прямого преобразования координат 3, блок суммирования 4, блок умножения на постоянную матрицу 5, первый и второи блоки интеграторов б, 7, элемент НЕ 8, элемент И 9. Устройство имеет два логических входа Р1, Р2 и два информационных входа—
Ко 1, текущего положения шарниров манипулятора Q> и вход задания скорости изменени переменных V. Выходом устройства являются сигналы программного положения шарниров манипулятора. с«.
На фиг,2 представлена схема подключе«!i ll ПРЕДЛаГаЕМОГО УСтРОйСтВа ДЛЯ УПРаВЛЕния манипулятором, содержащая объект управления — манипулятор 10, пульт управления 11 и предлагаемое устройство 12.
Вход текущего положения устройства соединяется с выходами ат датчиков манипуля тора, вход задания скорости изменения переменных — с выходами V пульта оператора, На логические входь1 Р1 и Р2 с пульта поступают сигналы управления режимом работы устройства. При этом вход Р1 (фиг.1) соединен с управляющим входом блока интеграторов 7. а вход P2 — c управляющим входом блока интеграторов 6. Логический
Вход Р1 соединен также со входом элемента
170Г,ВЪ
HF о, вь<ход к<)торого сое)<«::: . с п< пвым входом элемента И 9. Вторс< вх )p э<<в< е» r
9 соединен с пер<)ым логич.:-,:)м вхпт и,« f "2 уСтрОйСтна, а ЕГО ВЫХОД СОЕд ni»oti С уПраВЛЧющими входами блоков коммутаторов 1. 2
Первый вход блока 2 и второй вход блп:;3 1
ПОДКЛЮЧЕНЫ К ВХОду а), ВЫХОЛ бЛОК(r;ItiMY. атОРОВ, < «ЕДИ»Е;«,;Хо., »., 01 мог<1 и р<. Рб() »а«альных условий б(ока ин Ге<рат .-. Вь<ход блска 3 прямого преобразов- «< Орди Одом б«< сум "ntnpof 6 и гс втор,irs в. )дом олоi л с.ó< мир. 4, В <<ХОД КОТОРОГО СОРД<,; НЕ» C. COC)1 t ВЫХОДОМ . С; Рой(-т .а, Кэ. )ый и-.. б l. V0t3OI О ЧИСТ< ),lt) I «<а!»ЭЛ ЬНЬ<Х KON <У1 < 0 Н анало<ов.ix c.in!ital!0!. (лх «Incr<0 равнс .10 компонент Г<Рк Горов «.. и r (, соотве Г: < Ш . РНИРНЫХ УГЛОВ i..аНИП;ЛЯТОРа И 1<РЯ л,4 ГО/1ЬНЬ1Х УОООД<ЬНЭ f ЕГО КОН! Iа. КОММУ ТЗ«0ры <ло: >1 t Kt 59<<К(17, 8 0» itntn Kop»< Блок 3 прямо<0 <,påoápàço(3àí!nÿ YcTDoIncTf3o работает следующим зом. В зависимоеrn о -ровней первî "«l t3Topoco лог<лчесKt Г <)Гла«ОРЛН<1Е (< (<Ми()УРМЫХ ) CТРОИСТВОМ пр Граммны> 3на <енлй н)эрнирных пере1» i!» ь! x «! <«/<< I ln t " IЛ» I < Р 1 Е . i i <- >. т(. р; ° =. =:-< .. :-.,".<<у б IOKn 1 уСт р и, -< 3 °,.<:.1",;. раба>ть< ) тд<-ль 3ь .,",< Оков <,),; .1: .,-. кр лб;» -ях <л . > алов (>1 и Р2, .<- <3 <.--,, ", .-.Г-, 1Р«; эб);. <;1 ;р:,, л < э>< догг i!3 бл <1, . I.3Îß IМ < Х<< ;<» ЛРЕГС« ТОТ, .б<)3< .=-Н r<=ð t, СтрЕЛКОй На :, блок )в -» it.;-э<оров б 7 указаны <с,, И<„« ГР—;. <1 1» . <« . i 00(.Itt x на входах Р1 <и Р2 :..; () О< - интеграт )ров находятся в ре>ки < 3<Л-") Л« t t;I X <) ,< д.;! 1<»<-; ilò а (»1 9 фор>. .и ру 1-:.В. В СДЭВ . (О; .,Iot». С<лГ<3ЗЛtt Г., ТЕку11< «, и;:ох<ен<л < эрни - Р л знь пуляторз <> с к < о.:;;. Тат. IOR,) поступают HR .-: д 1-.-" «л<»ых Гч .Ое<л<,> блск » интегра о«<. Эн»<в,1лваю)<ск (с oбоатным знз .-<(1»,, f ro <»<Ода.;
<,-,,. р.l „.,")с<>,1 лрч<сl ся си<нал, ». <.> Ii -:; Рам<<ь<ь<х 3II:. Че<»11>1:,,- <ож" »tnt! «,; «ь (!!)Г<ЭДЭ<)<Щ<Е С Г. <, B li ЭКОМ РРЖИМЕ < л«с:; ло- -, х <)с In!. ;;:< ) 1;Е.;;..Мвщвч..;<Г< Из ИСХОДНОi < iI « <»<1Я,, 1 появг,. «Ни вь гс Knro у<) овня гигна-:а i 1 -. ° (In3»< n P.. ()лсч ин;EãpàToðoR 7 Я p:.>K« <4 ИНТРrp!»
<.: -».(<ют; . с 0 сти tn3tneH.,: - <иарнир; .;:еь,<-.«ыx. (1 выходах блока 7 с „..<р",01",ÿ (c, то-<нс.-.гь.:. до знака) прс„аь1 -... -<ь .»1 (: юк". <л;.Тегратoрг)в б проходят чэ :,,, (. < O(;,»ñ, < ва. Пр:. НИЭКО урОВ «е СИГНала Р1 И ВЫСО,« : "2 < уществляется подготовка «работ("»-"IHt4t «<.<Тооом r< в:=кэ<этпсttx t :. Иг.<ал еt,icOKОГО уровня. При этом си-,на<<ы .«< 1Я манит)улг<торэ Г:, чеоез блок : тэторов проход,т ча i ходы блок) o "1мо< э преобоазс<ван »я Кооу динэт 3, на ь хо "- : KÎTOI)0"о фс<3). ир<«ется соотв тст1705803 10 50 вующие им декартовы координаты Хт, которые через блок коммутаторов 2 проходят на входы начальных условий блока интеграторов 7. В результате на выходах блока интеграторов 7 формируются значения декартовых координатах, соответствующие текущему положению манипулятора. Режим работы блока 6 в этом случае не является существенным, так как силовые приводы вы кл ючен ы. При появлении высокого уровня сигнала Р1 и высоком Р2 сигналы V воспринимаются как скорости изменения декартовых координат, на выходах блока 7 формируются программные значения декартовых координат, которые, в свою очередь, поступают на входы блока сумматоров 4. Блок коммутаторов 1 соединяет выходы блока 6 со входами блока прямого преобразования координат 3. В этом случае блоки 3-6 образуют структуру, совпадающую со структурой устройства-прототипа, вычисляющего вектор а, по заданному вектору Хл. После переходного процесса на выходах интеграторов 6 формируются сигналы а, соответствующие сигналам 2>, а значит, совпадающие в начальный момент с а,, так как в предшествующем подготовительном режиме сигналы Ят вычислялись по а . После этого возможно включение исполнительных следящих систем манипулятора, Время установления сигналов на выходах интеграторов 6 зависит от их коэффициентов передачи и может быть сделано весьма малым (в пределах десятков микросекунд), Сходимость выходных сигналов к величинам йп обеспечивается в заданных пределах их изменения надлежащим выбором постоянной матрицы, на которую в блоке 5 умножается вектор рассогласования hX. Предлагаемое устройство при изменении размерности векторов а, X и формул (1), а, соответственно, блоков 3, 5. позволяет организовать управление манипулятооами с различным числом степеней подвижности. Если зто число равно трем, то величины X могут задавать декартовы координаты рабочей точки манипулятора, если число степеней подвижности равно шести, то X могут задавать координаты рабочего органа и его ориентацию в неподвижной системе координат. Легко может быть осуществлено управление частью степеней подвижности по декартовым скоростям, а частью — по шарнирным, Формула изобретения Устройство для управления манипулятором по вектору скорости, содержащее блок прямого преобразования координат, блок суммирования, блок умножения на постоянную матрицу, первый блок интеграторов, выход которого является выходом устройства, а информационный вход подключен к выходу блока умножения на постоянную матрицу, вход которого подключен к выходу блока суммирования, первый вход которого подключен к выходу блока прямого преобразования координат,о т л и ч а ю щ ее с я тем, что. с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения управления по декартовым и шарнирным переменным и введения режима согласования выходных сигналов с текущими, дополнительно введены первый и второй блоки коммутаторов, второй блок интеграторов, элемент И, элемент НЕ, вход которого подключен к управляющему входу второго блока интеграторов и является 1ервым входом режима работы устройства, а выход — к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к управляющему входу первого блока интеграторов и является вторым входом задания режима работы устройства, а выход соединен с управляющими входами первого и второго блоков коммутаторов. выходы которых подключены сооТВ8ТсТВ8ННо к входу блока прямого преобразования координат и к входу задания начальных условий второго блока интеграторов, выход которого подключен к второму входу блока суммирования и к входу задания начальных условий первого блока интеграторов, а информационный вход является входом задания скорости изменения переменных устройства, выход первого блока интеграторов подключен к первому информационному входу первого блока коммутаторов, второй информационный вход которого подключен к первому информационному входу второго блока коммутаторов и является входом текущего положения шарниров манипулятора устройства. второй информационный вход первого блока коммутаторов подключен к выходу блока прямого преобразования координат, 1705803 1705803 Составитель В. Буданов Редактор Н.Каменская Техред М.Моргентал Корректор М,Максимишинец Заказ 193 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101
