Манипулятор и способ управления им
Использование. В манипуляторах для автоматизации транспортировки деталей. Сущность изобретения: для питания электромагнита 6 захвата деталей используется ток обмотки 3, размещенной на подвижном вторичном элементе 2 линейного асинхронного двигателя. Для включения, удержания и отключения электромагнита 3 регулируют частоту и напряжение тока обмотки индуктора линейного асинхронного двигателя. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)
ОПИСАН И Е И ЗОБРЕТЕ Н И . „
<, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4801066/07 (22) 25.01;90 (46) 23.12,92. Бюл. М 47 (71) Воронежский политехнический институт и Научно-исследовательский институт бытовой видеотехники (72) В.А.Медведев, А.Н.Анненков, А,И.Шиянов и А.Б.Ферман (56) Авторское свидетельство СССР
М 1185526, кл. Н 02 P 7/42, 1985.
Авторское свидетельство СССР
М 863328, кл. В 25 J 9/00, 1981.
„„Я2„„1782720 А1 (51)5 В 25 J 9/00
2 (54) МАНИПУЛЯТОР И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМ (57) Использование. В манипуляторах для автоматизации транспортировки деталей.
Сущность изобретения: для питания электромагнита 6 захвата деталей используется ток обмотки 3, размещенной на подвижном вторичном элементе 2 линейного асинхронного двигателя. Для включения, удержания и отключения электромагнита 3 регулируют частоту и напряжение тока обмотки индуктора линейного асинхронного двигателя, 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил, 1782720
Предлагаемый способ реализован в ус- 55 тройстве для управления манипулятором, На фиг.1,2 представлены варианты подключения электромагнита захвата к обмотке вторичного элемента; на фиг.3— функциональная схема устройства для упИзобретение относится к электротехнике, в частности, к регулируемому электроприводу переменного тока и может быть использовано для автоматизации вспомогательных операций при штамповке, сборке, механической обработке, сварке и т,д.
Известен манипулятор, содержащий линейный асинхронный двигатель с индуктором с обмоткой переменного тока, подвижный вторичный элемент и захват, размещенный на вторичном элементе.
Недостатком известного технического решенйя является необходимость введения гибкой связи или осуществления иных контактов между системой управления и захватом, расположенным на подвижной части манипулятора.
Целью изобретения является повышение надежности манипулятора, В предлагаемом манипуляторе указанная цель достигается тем, что вторичный элемент снабжен обмоткой и введены электромагнит, закрепленный на захвате, мостовой выпрямитель, выводы переменного тока которого подключены к обмотке вторичного элемента, а выводы постоянного тока — к обмотке электромагнита, и конденсатор, шунтирующий обмотку электромагнита.
Известен способ управления манипулятором, при котором фиксируют начальное положение и конечное положение вторич; ного элемента, включают захват, осуществляют перемещение захвата. разгоняя его до максимальной скорости с последующим торможением, остановкой в конечном положении и отключением захвата.
Недостатком этого технического решения является отсутствие возможности бесконтактного управления захватом, размещенным на подвижной части манипулятора.
Целью изобретения является повышение надежности манипулятора.
В предлагаемом способе управления манипулятором указанная цель достигается тем, что включение захвата осуществляют увеличением амплитуды и частоты тока обмотки индуктора линейного двигателя до максимального значения; разгон захвата до максимальной скорости и торможение его— изменением амплитуды и частоты указанного тока, а отключение захвата осуществляют уменьшением амплитуды и частоты тока обмотки индуктора линейного двигателя.
50 равления манипулятором; на фиг.4 — принципиальная схема блока задания режимов работы; на фиг.5 — принципиальная схема формирователя кода скорости, на фиг.6— компановочная схема манипулятора; на фиг.7 — диаграмма работы отдельных узлов устройства для уп равления манипулятором.
Манипулятор содержит индуктор 1 линейного асинхронного двигателя с вторичным элементом 2, обмотка 3 которого соединена через мостовой выпрямитель 4, на выходе которого включен конденсатор 5, с электромагнитом 6 захвата, расположенным на вторичном элементе 2.
Устройство для управления манипулятором содержит следующие основные элементы. Регулятор 7 скорости, преобразователь 8 координат и преобразователь 9 энергии последовательно соединены между собой. Преобразователь 8 координат включает последовательно соединенные между собой первый координатный преобразователь
10 и второй координатный преобразователь
11, а также формирователь 12 опорных сигналов второго координатного преобразователя 11.
Выход преобразователя 9 энергии подключен к обмотке индуктора 1, Выход задатчика 13 реактивного тока подключен к соответствующему входу первого координатного преобразователя 10 и первому входу формирователя 14 частоты токов вторичного элемента 2, второй вход которого связан с выходом регулятора 7 скорости.
Выход формирователя 14 соединен с первым входом формирователя 12, со вторым входом которого соединен первый выход генератора 15 опорных сигналов, Второй выход генератора 15 соединен с входом формирователя 16 синусоидальных сигналов, выходы которого подключены ко входам первого координатного преобразователя 10.
Умножитель 17 частоты включает последовательно соединенные формирователь 18 приращений перемещения, формирователь
19 кода скорости, выполненный на элементах логики, и регулируемый делитель 20 частоты, а также преобразователь 21 кода в аналоговый сигнал, связанный с выходом формирователя 18.
Выход датчика 22 перемещения подключен ко входу формирователя 18, Третий выход генератора 15 связан с соответствующим входом регулируемого делителя 20, выход которого связан с третьим входом формирователя 12, Выход преобразователя
21 связан со входом регулятора 7. Четвертый выход генератора 15 связан с третьим входом формирователя 14, 1782720
Блок 23 задания режимов работы со- Сигнал включения привода (В Il) имеет держит дешифратор 24, построенный на уровень логического нуля. при этом сигнал логических элементах, входы которого со- отключения преобразователи (ОП) установединены с соответствующими выходами лей на уровне логичеСкой единицы и преобпрограммного устройства манипулятора 5 разователь 9 энергии отключен. (не показано) и выходом. формирователя При отключенном преобразователе 9
18. Выходы дешифратора подключены к токи в обмотке индуктора 1 и вторичного соответствующим входам задатчика 25 ско- элемента 2 отсутствуют, электромагнит 6 отрости, формирователя 26 сигнала макси- ключен. Захват 43 разжат, например, под мального скольжения и формирователя 27 10 действием силы упругости пружины. В кассигнала отключения преобразователя, Вы- сету 47 загружаются детали 48, при этом ход задатчика 25 соединен со входом регу-. нижняя деталь 48 размещается на поверхлятора 7. Выход формирователя 26 ности столика 49. соединен со входом формирователя 19, вы- .:Вторичный элемент 2 неподвижен. Во ход.формирователя 27 подключен к соответ- 15 всех разрядах формирователя 18 установлествующему входу преобразователя 9. ны логические нули.
Управляющий вход задатчика 25 соединен с Сигнал Vqc обратной связи по скорости выходом регулируемого делителя 20. Управ- на выходе преобразователя 21 имеет нуле- ляющий вход формирователя 26 связан с вую величину. Счетчик 29 установлен в нупервым выходом генератора 15. Управляю- 20 левое положение, на выходе логического щий вход формирователя 27 соединен с со- элемейта 30 установлен высокий уровень, ответствующим выходом программногО на выходах операционного усилителя 31 и устройства. . инвертора 32 максимальное- напряжения.
Задатчик 25 и формирователи 26, 27 со- . В момент времени t = 0 по импульсному стоят из следующих основных элементов, 25 сигналу начальной установки (НУ) триггеры
Задатчик 25 содержит последовательно . 34 и 40 устанавливаются в нулевое состоясоединенные логйческий элемент 28, счет- ние, сигнал максимального скольжения (МС) чик 29 импульсов перемещения, логический на прямом выходе триггера 36 устанавлива-элемент 30, а также операционный усили-. ется науровнелогическойединицы. Формитель31 и инвертор 32, выходы которых под- 30 рователь 19 пропускает нулевой код с ключены к контактам реле 33, и триггер 34, выхода формирователя 18 на вход делителя выход которого подключен к базе транзи-. 20, частота f = р1 на выходе делителя 20 стора 35, в коллекторную цепь которого равна нулю. включена катушка реле 33. . Транзистор 35 открыт, реле 33 включеФормирователь 26 содержит последо- 35 но. на вход регулятора 7 поступает сигнал вательно соединенные триггер 36, счетчик Чз задания скорости, имеющий отрицатель37 и логический элемент 38, выход которого ную полярность и максимальную величину. подключей ко входу установки триггера 34 в Соответственно, на выходе регулятора 7 уг.единичное состояние, а также инвертор 39, танавливается сигнал lq задания активного вход которого соединен с прямым выходом 40 тока отрицательной полярности и макситриггера 34, а выход подключен ко входу мальной величины(соответствующийуставустановки триггера 36 в единичное состоя- ке ограничения сигнала Iq). ние.::: . ", На выходе преобразователя 8 коордиФормирователь 27 содержит последо- нат устанавливается трехфазная система вательноесоединенныетриггер40илогиче- .45 сйгналов Isa, Ias, lac задания токов инские элементы 41,42. дуктора 1 с максимальной амплитудой 1с =
Захват 43 манипулятора смонтирован на вторичном элементе 2. На основании 44.. - (Iq }2 + (Iq )2 и частотой fc„, соответзакреплены . ийдуктор 1, ограничители 45 и. Ствующей максимальному по величине сиг46 хода вторичного элемента 2, кассета 47 50 налу Iq. для размещения стопы деталей 48, столик
49для размещения нижней детали 48,перед . т В момент времени t1. сигнал ВП прини. еетранспортировкой в рабочуюзонуи,столик ., мает единичное значение, сигнал ОП уста50 для приема деталей в рабочей зоне. навливается на уровне логического нуля, Способ управления манипулятором ре- 55 включается преобразователь 9 и в обмотке. ализуется в устройстве для управления ма- индуктора 1 формируются токи I>. Ib, Ic занипуляторомследующим образом.:. данной амплитуды и частоты; Вторичный
Перед началом работы манипулятора элемент 2 начинает взаимодействовать с вторичный элемент 2 находится в крайнем ограничителам 45. левом положении.
1782720
Таким образом, фиксируется начальное положение вторичного, элемента 2.
В момент времени tz по импульсному сигналу Вп триггер 36 переводится из единичного в нулевое состояние, По нулевому сигналу МС блокируется прохождение сигнала с выхода формирователя 18 и йа входе регулируемого делителя 20 устанавливается максимальный код. В обмотках индуктора 1 формируются токи максимальной амплитуды и частоты, линейный асинхронный двигатель работает в режиме максимального скольжения. При этом в фазах обмотки 3 вторичного элемента 2 индуктируются ЭДС, вызывающие протекание токов, достаточных для срабатывания электромагнита 6, что обеспечивает захват нижней детали 48 из стопы. Вторичный элемент 2 йродолжает взаимодействовать с ограничителем 45.
Таким образом, включается захват 43 при максимальных значениях амплитуды и частоты тока обмотки индуктора 1 линейного двигателя и фиксированном йачальном йоложении вторичного элемента 2;
Счетчик 37 начинает счет числа импульсов, поступающих с генератора 15; За период времени-тз — tz, необходимйй ля захвата детали 48, на всех выходах счетчика 37; связанных со входами логического элемента
38, появляются единичные сигналы. По нулевому сигналу.с выхода логического элемента 38 триггер 34 переводится в еди; ничное положение, на прямом выходе триггера 36 появляется единичный "сигнал и двигатель выходит из режима максимального скольжейия, счетчик 37 сбрасывается, на выходе логического элемента 38 появляется единичный Сигнал.
Закрывается транзистор 35 йо нулевому сигналу с инверсного выхода триггера 34, реле 33 отключается, и на вход регулятора 7 поступает сигнал Чз максймальйой величи Hb1 и положительной полярности. Вторичный элемент 2 разгоняется с максимальным ускорением в соответствии со способом частотно-токового управления, при этом в обмотке индуктора 1 формируется ток с максимальной амйлитудой и частотой, изменяющейся по закону c- fcwmax+ pfv
По мере разгона вторичного элемента 2 разность сигналов Чз и Ч«уменьшается, При выходе на максимальную скорость регулятор 7 выходит из состояния ограничения сигнала Iq. Привод " входйт в режим стабилизации скороСти, при котором ток s обмотке индуктора 1 соответствует усилию сопротивления движению вторичного элемента 2.
Таким образом, осуществляется перемещение захвата 43, разгоняя его до максимальной скорости, изменением частоты и амплитуды тока обмотки индуктора 1.
При движении вторичного элемента 2, когда хотя бы в одном разряде формирователя 18 появляется единичный сигнал, на прямом выходе триггера 40 появляется единичный сигнал. Счетчик 29 начинает счет числа импульсов перемещения, поступающих с выхода делителя 20 через логический
10 элемент 28
В момент времени та, когда вторичный элемент 2 переместится на определенное расстояние; на" всех выходах счетчика 29, связанных с логическим элементом 30, появляется уровень логической единицы, а на выходе логического элемента 30 — уровень логического нуля, Прохождение импульсов перемещения на вход счетчика 29 прекращается. С выхода инвертора 32 на вх6д регулятора 7 поступает минимальное
20 напряжение. Двигатель тормозится в режиме рекуйеративного торможения с макСимальным ускорением, при этом частота тока в обмотке индуктора определяется выраже25 нием: fc fc 40 В "момент времени тт вторичный элемент 2 упирается в ограничитель 46. Счетчик 29 сбрасывается в исходное положение, в результате чего йа вход регулятора 7 поступает сигнал Чз"максимальной величйны. 45 Таким образом, захват 43 останавливается и фиксируется в конечном положении, На обойх входах логического элемента 41 единичные сйгналы; в результате чего сигнал ОП принимает единичное значение и 50 преобразователь 9 отключается, Токи в обмотке 3 умейьшаются до нуля. Конденсатор 5 разряжается"и электромагнит 6 отключается. Захват 43 разжимается и деталь 48 попадает на столик 50. Таким образом, осуществляется отклю55 чение захвата 43 уменьшением амплитуды тока обмотки индуктора 1 линейного двигател я. В момент. времени ta по импульсному сигналу Нз триггеры 34 и 40 переводятся в По мере торможения вторичного эле, мента 2 разность Сигналов Чз и V«умень. шается; Регулятор 7 выходит из состояния ограничения сигнала 1ч с момента времени 30 tg. Двигатель выходит на устанбвочнуЮ скорость, работая-с смомента времени i6 в двигательном режимЕ. Процесс торможения сопровождается йереходом тока вторйчно- . го элемента 2 через ноль. В этот промежуток 35 времени катушка электромагнита 6 получает питание от конденсатора 5. Таким образом, осуществляется торможение захвата 43 изменением частоты и амплитуды тока обмотки индуктора 1. 1782720 10 нулевое состояние, открываются транзи-" стор 35, включается реле 33 и на вход регу лятора 7 поступает сигнал Чз максимальной величины и отрицательной полярности. Одновременно сигнал 0ll принимает нулевое 5 значение и включается преобразователь 9. Вторичный элемент 2 разгоняется в обратном направлении с мак"имальным ускоре-. нием, При движении вторичного элемента 2 10 на прямом выходе триггера 40 появляется единичный сигнал, а счетчик 29 начинает счет импульсов перемещения. К моменту времени tg вторичный эле- . мент 2 перемещается на определенное рас- 15 стояние, после чего на вход регулятора 7 поступает сигнал Чз минимальной величи-. ны, Двигатель переходит в режим рекуперативного торможения, и с момента времени tjo работает в двигательном режиме. 20 Таким образом, осуществляется пе- . ремещение захвата 43 в обратном. направлении, разгоняя его до максимальной скорости с последующим торможением из-" менением амплитуды и частоты тока обмот- 25 ки индуктора 1. В момент времени t>> вторичный эле. мент 2 упирается в ограничитель 46. На вход ., регулятора 7 поступает максимальное нап ряжение. П реобразовател ь 9 отключается 30 по единичному сигналу ОП, Таким образом, осуществляется остановка захвата 43. В момент времени tiz по сигналу Вп триггеры 36 и 40 переводятся в нулевое со- 35 стояние. Включается преобразователь 9, двигатель работает в режиме максимально-. го скольжения. С этого момента начинается новый цикл работы устройства, реализующего предложейный способ управления ма- 40 нипулятором: Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение надежности работы манипулятора за счет отсутствия необхо- . димости введения гибкой связи или 45 осуществления иных контактов системой . управления и электромагнитом захвата, расположенного на подвижной части. . Эффективность использования предлагаемого технического решения обуславли- 50 вается повышением производительностй манипулятора за счет повышения надежности его работы. Формула изобретения 1. Манипулятор, содержащий линейный 55 асинхронный двигатель с индуктором с обмоткой переменного тока, подвижный вторичный элемент, захват, размещенный на вторичном элементе, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности; вторичный элемент снабжен обмоткой, введены электромагнит, закрепленный на захвате, мостовой выпрямитель, выводы переменного тока которого подключены к обмотке вторичйого элемента, а выводы постоянного тока к обмотке электромагнита, и конденсатор. шунтйрующий обмотку электромагнита. 2. Манипулятор по п.1, о т л и ч à ю щ ий с я тем, что, с целью повышения производительности, в него введены система управления статорной обмоткой линейного асинхронного двигателя, составленная иэ последовательно соединенных первого и второго преобразователей координат с опорными входами, и преобразователя энергии, выходом подключенного к статорной обмотке линейного асинхронного дви.гателя, задатчика активного тока, регулятора скорбсти с входами задания скорости и обратной связи по скорости, выходы которого соединены с входами первого преобразователя координат, формирователя частоты токов обмотки вторичного элемента, входом подключенного к выходам задатчика активного тока и регулятора скорости, формирователей опорных сигналов с тремя входами и синусоидального.сигнала и гене-ратора опорных сигналов, выходы которого соединены с первым входом формирователя опорных сигналов и входом формирователя синусоидальных сигналов, выходы которых подключены к опорным входам преобразователей координат, второй вход формирователя опорных сигналов соедийен с выходом формирователя частоты токов, и введены блок задания режимов работы с входами для подключейия к внешнему устройству, входами задания кода скорости, опорным входом, входом задания перемещения и выходом отключения и ьй ксимального скольжения, датчик перемещений, механически связанный с вторичным элементом, и цифровой формирователь приращения перемещения, входы которого подключены к выходам да чика перемеще-. ний, генератора опорных сигналов и выходу максимального скольжейия блока задания режимов, а выходы — к входу обратной связи регулятора скорости и входу задания кода скорости блока задания режима, выход которого подключен к входу задания скорости регулятора, а преобразователь энергии снабжен входом отключения, соединенным с выходом отключения блока задания режимов. 3, Способ управления манипулятором, при котором фиксируют начальное и конечное положения вторичного элемента, вклю1782720 12 чают захват, осуществляют перемещение захвата, разгоняя его до максимальйой скороСти с поСледующим торможением, остановкой в конечном положении и отключением захвата, отличающийся тем, что. с целью йовышенйя надежности, включенйе захвата осуществляют увеличением амплитуды и частоты тока обмотки индуктора линейного асинхронного двигателя до максимального значения, разгон захвата — до максимальной скорости и торможение его — изменением амплитуды и частоты ука5 занного тока, отключение захвата осуществляют уменьшением амплитуды и частоты тока обмотки индуктора линейного асинхронного двигателя. 1782720 1782720! f t I 4 ф»! f ! I !!! ц ! I I р г 1 р ! » I Р.т. 7 Составитель 8. Медведев Ре акто Г. Бельская Тех ед M.Mo гентал Ко екто M. Ткач А р . р р рр я Заказ 4477 Тираж Подписное ВНЙИПИ.Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР -" 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5 Про»Ь4Фдйтвенно-йздательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
