Самонастраивающийся электропривод манипулятора

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов манипуляторов. Задачей изобретения является обеспечение полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении конкретного манипулятора по всем его степеням подвижности. Технический результат изобретения выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает формирование моментного воздействия, необходимого для обеспечения полной инвариантности его показателей качества к непрерывно изменяющимся параметрам нагрузки. 2 ил.

 

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов манипуляторов.

Известен электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения, первый сумматор, усилитель и электродвигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика сигнала, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика сигнала, третий вход через второй квадратор - к выходу третьего сумматора, а выход - ко второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные третий блок умножения, первый вход которого соединен с выходом датчика массы, а второй вход - с выходом четвертого сумматора, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика скорости, и пятый блок умножения, седьмой сумматор, первый вход которого подключен к выходу второго сумматора, выход - к первому входу первого блока умножения, а второй вход - ко второму входу пятого блока умножения, выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и первому входу восьмого сумматора, второй вход которого подключен к выходу релейного блока, третий вход - к выходу пятого блока умножения, а выход - ко второму входу первого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости и третий квадратор, выход которого подключен ко второму входу шестого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель и первый синусный функциональный преобразователь, выход которого подключен к второму входу седьмого блока умножения, а также последовательно соединенные второй косинусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу первого датчика положения и входу второго усилителя, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом шестого сумматора, а выход - со вторым входом десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик положения, третий косинусный функциональный преобразователь, девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, десятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика ускорения, а также одиннадцатый блок умножения, второй вход которого через четвертый синусный функциональный преобразователь, подключен к выходу первого датчика положения, а выход - к пятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, тринадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика ускорения, и одиннадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом десятого блока умножения, а выход - с первым входом одиннадцатого блока умножения (патент РФ №2489250, кл. B25J 13/00. Бюл. №22, 2013 г.).

Недостаток известного технического решения в том, что в нем не учитывается, считаясь малой, электрическая постоянная времени электродвигателя. Поэтому полная инвариантность динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным изменениям его моментных нагрузочных характеристик не обеспечивается.

Известен также самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения и первый сумматор, последовательно подключенные усилитель и двигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, третий сумматор, четвертый сумматор, первый квадратор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу третьего блока умножения, а выход - к первому входу пятого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика постоянного сигнала, а третьим входом - с выходом второго квадратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу шестого сумматора, соединенного выходом с первым входом четвертого блока умножения, а вторым входом - с выходом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика постоянного сигнала, выход третьего задатчика постоянного сигнала подключен к второму входу третьего сумматора, а выход второго датчика скорости, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, соединен со вторым входом четвертого блока умножения, выход которого подключен к первому входу пятого блока умножения, последовательно соединенные релейный блок и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, к первому входу седьмого сумматора, к входу релейного блока, к второму входу пятого блока умножения, выход которого подключен к третьему входу восьмого сумматора, а выход - ко второму входу первого сумматора, выходом соединенного с входом усилителя, причем второй вход седьмого сумматора соединен с выходом второго сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные первый датчик ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и восьмой блок умножения, девятый блок умножения, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и третий квадратор, выход которого соединен с вторым входом шестого блока умножения, пятый задатчик постоянного сигнала, последовательно соединенные второй усилитель и первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, выход которого подключен ко второму входу седьмого блока умножения, а первый вход девятого блока умножения через второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика положения и к входу второго усилителя, второй датчик ускорения, установленный на выходном валу двигателя, десятый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, второй вход - к третьему входу первого сумматора и выходу второго датчика ускорения, а выход - к пятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый квадратор, одиннадцатый блок умножения, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, выход которого соединен с шестым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные тринадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика 36 скорости, четырнадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, двенадцатый сумматор, пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и тринадцатый сумматор, выход которого соединен с седьмым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый, семнадцатый и восемнадцатый блоки умножения, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго усилителя, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего квадратора и вторым входом восемнадцатого блока умножения, двадцатый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу двенадцатого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, к вторым входам восьмого и девятого блоков умножения и к первому входу шестнадцатого блока умножения, и двадцать второй блок умножения, второй вход которого соединен со вторыми входами двенадцатого и двадцатого блоков умножения, а также с выходом первого датчика скорости, а его выход - с третьим входом тринадцатого сумматора, второй вход которого подключен к выходу восемнадцатого блока умножения, последовательно соединенные двадцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика скорости, входом четвертого квадратора и вторым входом семнадцатого блока умножения, а его выход - с четвертым входом тринадцатого сумматора, четырнадцатый сумматор, первый вход которого подключен к выходу пятого задатчика постоянного сигнала, второй - к выходу датчика массы, а выход - к вторым входам одиннадцатого и двадцать третьего блоков умножения, причем второй вход шестнадцатого блока умножения соединен с выходом первого функционального преобразователя и вторым входом тринадцатого блока умножения, а второй вход одиннадцатого сумматора - с выходом восьмого блока умножения, последовательно соединенные третий датчик положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, пятый функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, двадцать пятый блок умножения, второй вход которого через шестой функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, подключен к выходу первого датчика положения, двадцать шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, двадцать седьмой блок умножения, выход которого подключен к восьмому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, установленный в четвертой степени подвижности манипулятора, дифференциатор, двадцать восьмой блок умножения, пятнадцатый сумматор и двадцать девятый блок умножения, выход которого подключен к девятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные седьмой функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя, тридцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, шестнадцатый сумматор и тридцать второй блок умножения, выход которого подключен ко второму входу пятнадцатого сумматора, последовательно соединенные тридцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого датчика ускорения и к второму входу тридцать второго блока умножения, второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения и к второму входу двадцать восьмого блока умножения, тридцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и тридцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора, а выход - к десятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные тридцать шестой блок умножения, первый вход которого через восьмой функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика положения, а второй - к выходу пятого функционального преобразователя, тридцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, а выход - ко второму входу шестнадцатого сумматора (патент РФ №2608005, кл. B25J 13/00, B25J 9/16. Бюл. №2, 2017). Это устройство по своей технической сущности является наиболее близким к заявляемому изобретению и взято за прототип.

Недостатком прототипа также является то, что в нем отсутствует полная инвариантность динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным изменениям его моментных нагрузочных характеристик, поскольку в нем рассматривается манипулятор с другой кинематической схемой, которая имеет меньшее число степеней подвижности.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении конкретного манипулятора по всем его степеням подвижности.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает формирование моментного воздействия, необходимого для обеспечения полной инвариантности его показателей качества к непрерывно изменяющимся параметрам нагрузки.

Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения и первый сумматор, последовательно подключенные усилитель и двигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, третий сумматор, четвертый сумматор, первый квадратор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу третьего блока умножения, а выход - к первому входу пятого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика постоянного сигнала, а третьим входом - с выходом второго квадратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу шестого сумматора, соединенного выходом с первым входом четвертого блока умножения, а вторым входом - с выходом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика постоянного сигнала, выход третьего задатчика постоянного сигнала подключен к второму входу третьего сумматора, а выход второго датчика скорости, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, соединен со вторым входом четвертого блока умножения, выход которого подключен к первому входу пятого блока умножения, последовательно соединенные релейный блок и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, к первому входу седьмого сумматора, к входу релейного блока, к второму входу пятого блока умножения, выход которого подключен к третьему входу восьмого сумматора, а выход - ко второму входу первого сумматора, выходом соединенного с входом усилителя, причем второй вход седьмого сумматора соединен с выходом второго сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные первый датчик ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и восьмой блок умножения, девятый блок умножения, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и третий квадратор, выход которого соединен с вторым входом шестого блока умножения, пятый задатчик постоянного сигнала, последовательно соединенные второй усилитель и первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, выход которого подключен ко второму входу седьмого блока умножения, а первый вход девятого блока умножения через второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика положения и к входу второго усилителя, второй датчик ускорения, установленный на выходном валу двигателя, десятый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, второй вход - к третьему входу первого сумматора и выходу второго датчика ускорения, а выход - к пятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый квадратор, одиннадцатый блок умножения, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, выход которого соединен с шестым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные тринадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, четырнадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, двенадцатый сумматор, пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и тринадцатый сумматор, выход которого соединен с седьмым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый, семнадцатый и восемнадцатый блоки умножения, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго усилителя, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего квадратора и вторым входом восемнадцатого блока умножения, и двадцатый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу двенадцатого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, к вторым входам восьмого и девятого блоков умножения и к первому входу шестнадцатого блока умножения, и двадцать второй блок умножения, второй вход которого соединен со вторыми входами двенадцатого и двадцатого блоков умножения, а также с выходом первого датчика скорости, а его выход - с третьим входом тринадцатого сумматора, второй вход которого подключен к выходу восемнадцатого блока умножения, последовательно соединенные двадцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика скорости, входом четвертого квадратора и вторым входом семнадцатого блока умножения, а его выход - с четвертым входом тринадцатого сумматора, четырнадцатый сумматор, первый вход которого подключен к выходу пятого задатчика постоянного сигнала, второй - к выходу датчика массы, а выход - к вторым входам одиннадцатого и двадцать третьего блоков умножения, причем второй вход шестнадцатого блока умножения соединен с выходом первого функционального преобразователя и вторым входом тринадцатого блока умножения, а второй вход одиннадцатого сумматора - с выходом восьмого блока умножения, последовательно соединенные третий датчик положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, пятый функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, двадцать пятый блок умножения, второй вход которого через шестой функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, подключен к выходу первого датчика положения, двадцать шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора и двадцать седьмой блок умножения, выход которого подключен к восьмому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, установленный в четвертой степени подвижности манипулятора, первый дифференциатор, двадцать восьмой блок умножения, пятнадцатый сумматор и двадцать девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к девятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные седьмой функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя, тридцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, шестнадцатый сумматор и тридцать второй блок умножения, выход которого подключен ко второму входу пятнадцатого сумматора, тридцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого датчика ускорения, а также ко вторым входам седьмого и тридцать второго блоков умножения, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения и к второму входу двадцать восьмого блока умножения, последовательно соединенные тридцать четвертый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и тридцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора, а выход - к десятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные тридцать шестой блок умножения, первый вход которого через восьмой функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика положения, а второй - к выходу пятого функционального преобразователя, и тридцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, а выход - ко второму входу шестнадцатого сумматора, дополнительно вводятся последовательно соединенные тридцать восьмой, тридцать девятый и сороковой блоки умножения, второй вход последнего подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к одиннадцатому входу восьмого сумматора, сорок первый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу седьмого функционального преобразователя и первому входу тридцать восьмого блока умножения, а второй вход - к выходу восьмого функционального преобразователя, последовательно соединенные семнадцатый сумматор и сорок второй блок умножения, выход которого подключен к третьему входу пятнадцатого сумматора, последовательно соединенные второй дифференциатор и сорок третий блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу пятнадцатого сумматора, последовательно соединенные пятый датчика 96 ускорения, сорок четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тридцать восьмого блока умножения и к второму входу сорок третьего блока умножения, и восемнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу тридцать третьего блока умножения, а выход - к второму входу тридцать четвертого блока умножения, причем вход второго дифференциатора и вторые входы тридцать девятого и сорок второго блоков умножения подключены к выходу пятого датчика ускорения, последовательно соединенные сорок пятый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а второй - к выходу пятого функционального преобразователя, сорок шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя и к второму входу тридцать восьмого блока умножения, а выход - к первому входу семнадцатого сумматора, второй вход которого через сорок седьмой блок умножения подключен к выходу сорок первого блока умножения, а второй вход сорок седьмого блока умножения подключен к выходу первого датчика скорости.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают высокую точность и устойчивость работы электропривода рассматриваемого манипулятора в условиях существенного изменения его параметров нагрузки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена блок-схема электропривода манипулятора, а на фиг. 2 - его кинематическая схема.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора содержит последовательно соединенные первый блок 1 умножения и первый сумматор 2, соединенные усилитель 3 и двигатель 4, связанные с первым датчиком 5 скорости непосредственно и через редуктор 6 - с первым датчиком 7 положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 8, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик 9 положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, третий сумматор 10, четвертый сумматор 12, первый квадратор 14 и второй блок 15 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 16 массы и первому входу третьего блока 20 умножения, а выход - к первому входу пятого сумматора 17, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика 11 постоянного сигнала, а третьим входом - с выходом второго квадратора 19, вход которого подключен к выходу третьего сумматора 10 и первому входу шестого сумматора 21, соединенного выходом с первым входом четвертого блока 22 умножения, а вторым входом - с выходом третьего блока 20 умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора 12, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика 13 постоянного сигнала, выход третьего задатчика 18 постоянного сигнала подключен к второму входу третьего сумматора 10, а выход второго датчика 23 скорости, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, соединен со вторым входом четвертого блока 22 умножения, выход которого подключен к первому входу пятого блока 24 умножения, последовательно соединенные релейный блок 26 и восьмой сумматор 27, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 5 скорости, к первому входу седьмого сумматора 25, к входу релейного блока 26, к второму входу пятого блока 24 умножения, выход которого подключен к третьему входу восьмого сумматора 27, а выход - ко второму входу первого сумматора 2, выходом соединенного с входом усилителя 3, причем второй вход седьмого сумматора 25 соединен с выходом второго сумматора 8, а выход - с первым входом первого блока 1 умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора 17, последовательно соединенные четвертый задатчик 28 постоянного сигнала, девятый сумматор 29, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора 17, шестой 30 и седьмой 31 блоки умножения и десятый сумматор 32, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные первый датчик 33 ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и восьмой блок 34 умножения, девятый блок 35 умножения, выход которого подключен к второму входу десятого сумматора 32, последовательно соединенные третий датчик 36 скорости, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и третий квадратор 37, выход которого соединен с вторым входом шестого блока 30 умножения, пятый задатчик 38 постоянного сигнала, последовательно соединенные второй усилитель 39 и первый функциональный преобразователь 40, реализующий функцию sin, выход которого подключен ко второму входу седьмого блока 31 умножения, а первый вход девятого блока 35 умножения через второй функциональный преобразователь 41, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика 7 положения и к входу второго усилителя 39, второй датчик 42 ускорения, установленный на выходном валу двигателя 4, десятый блок 43 умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого блока 22 умножения, второй вход - к третьему входу первого сумматора 2 и выходу второго датчика 42 ускорения, а выход - к пятому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные четвертый квадратор 44, одиннадцатый блок 45 умножения, одиннадцатый сумматор 46 и двенадцатый блок 47 умножения, выход которого соединен с шестым входом восьмого сумматора 27, последовательно соединенные тринадцатый блок 48 умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика 36 скорости, четырнадцатый блок 49 умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика 50 ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, двенадцатый сумматор 51, пятнадцатый блок умножения 52, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора 29, и тринадцатый сумматор 53, выход которого соединен с седьмым входом восьмого сумматора 27, последовательно соединенные шестнадцатый 54, семнадцатый 55 и восемнадцатый 56 блоки умножения, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь 57, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго усилителя 39, девятнадцатый блок 58 умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего квадратора 37 и вторым входом восемнадцатого блока 56 умножения, и двадцатый блок 59 умножения, выход которого подключен ко второму входу двенадцатого сумматора 51, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь 60, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу первого датчика 7 положения, двадцать первый блок 61 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 21, к вторым входам восьмого 34 и девятого 35 блоков умножения и к первому входу шестнадцатого 54 блока умножения, и двадцать второй блок 62 умножения, второй вход которого соединен со вторыми входами двенадцатого 47 и двадцатого 59 блоков умножения, а также с выходом первого датчика 5 скорости, а его выход - с третьим входом тринадцатого сумматора 53, второй вход которого подключен к выходу восемнадцатого блока 56 умножения, последовательно соединенные двадцать третий блок 63 умножения, первый вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя 41, и двадцать четвертый блок 64 умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика 23 скорости, входом четвертого квадратора 44 и вторым входом семнадцатого блока 55 умножения, а его выход - с четвертым входом тринадцатого сумматора 53, четырнадцатый сумматор 65, первый вход которого подключен к выходу пятого задатчика 38 постоянного сигнала, второй - к выходу датчика 16 массы, а выход - к вторым входам одиннадцатого 45 и двадцать третьего 63 блоков умножения, причем второй вход шестнадцатого блока 54 умножения соединен с выходом первого функционального преобразователя 40 и вторым входом тринадцатого блока 48 умножения, а второй вход одиннадцатого сумматора 46 - с выходом восьмого блока 34 умножения, последовательно соединенные третий датчик 66 положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, пятый функциональный преобразователь 67, реализующий функцию cos, двадцать пятый блок 68 умножения, второй вход которого через шестой функциональный преобразователь 69, реализующий функцию sin, подключен к выходу первого датчика 7 положения, двадцать шестой блок 70 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 21 и двадцать седьмой блок 71 умножения, выход которого подключен к восьмому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные четвертый датчик 72 ускорения, установленный в четвертой степени подвижности манипулятора, первый дифференциатор 73, двадцать восьмой блок 74 умножения, пятнадцатый сумматор 75 и двадцать девятый блок 76 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 21, а выход - к девятому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные седьмой функциональный преобразователь 77, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу третьего датчика 66 положения, тридцатый блок 78 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя 69, тридцать первый блок 79 умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика 36 скорости, шестнадцатый сумматор 80 и тридцать второй блок 81 умножения, выход которого подключен ко второму входу пятнадцатого сумматора 75, тридцать третий блок 82 умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого датчика 72 ускорения, а также ко вторым входам седьмого 71 и тридцать второго блоков 81 умножения, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока 68 умножения и к второму входу двадцать восьмого блока 74 умножения, последовательно соединенные тридцать четвертый блок 83 умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика 23 скорости, и тридцать пятый блок 84 умножения, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора 65, а выход - к десятому входу восьмого сумматора 27, последовательно соединенные тридцать шестой блок 85 умножения, первый вход которого через восьмой функциональный преобразователь 86, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика 7 положения, а второй - к выходу пятого функционального преобразователя 67, и тридцать седьмой блок 87 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 5 скорости, а выход - ко второму входу шестнадцатого сумматора 80, последовательно соединенные тридцать восьмой 88, тридцать девятый 89 и сороковой 90 блоки умножения, второй вход последнего подключен к выходу шестого сумматора 21, а выход - к одиннадцатому входу восьмого сумматора 27, сорок первый блок 91 умножения, первый вход которого подключен к выходу седьмого функционального преобразователя 77 и первому входу тридцать восьмого блока 88 умножения, а второй вход - к выходу восьмого функционального преобразователя 86, последовательно соединенные семнадцатый сумматор 92 и сорок второй блок 93 умножения, выход которого подключен к третьему входу пятнадцатого сумматора 75, последовательно соединенные второй дифференциатор 94 и сорок третий блок 95 умножения, выход которого подключен к четвертому входу пятнадцатого сумматора 75, последовательно соединенные пятый датчика 96 ускорения, сорок четвертый блок 97 умножения, второй вход которого подключен к выходу тридцать восьмого блока 88 умножения и к второму входу сорок третьего блока 95 умножения, и восемнадцатый сумматор 98, второй вход которого подключен к выходу тридцать третьего блока 82 умножения, а выход - к второму входу тридцать четвертого блока 83 умножения, причем вход второго дифференциатора 94 и вторые входы тридцать девятого 89 и сорок второго 93 блоков умножения подключены к выходу пятого датчика 96 ускорения, последовательно соединенные сорок пятый блок 99 умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика 36 скорости, а второй - к выходу пятого функционального преобразователя 67, сорок шестой блок 100 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя 69 и к второму входу тридцать восьмого блока 88 умножения, а выход - к первому входу семнадцатого сумматора 92, второй вход которого через сорок седьмой блок 101 умножения подключен к выходу сорок первого блока 91 умножения, а второй вход сорок седьмого блока 101 умножения подключен к выходу первого датчика 5 скорости. Объект управления 102.

На фиг. 1 и 2 введены следующие обозначения: α_ВХ - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки привода; U^*,U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 4; - обобщенные координаты манипулятора; , - скорости изменения соответствующих обобщенных координат; - скорость вращения ротора электродвигателя; - ускорения обобщенных координат; m₁, m₂, m_Г - соответственно, массы первого, второго звеньев манипулятора и захваченного груза; - расстояние от оси вращения второго звена до его центра масс при q₃=0; l₂ - расстояние от центра масс второго звена до средней точки схвата.

В изобретении рассматривается электропривод, который обеспечивает вращение относительно горизонтальной оси (координата q₂) звена манипулятора робота типа «Юнимент» (Фиг. 2).

Рассматриваемый электропривод работает следующим образом. На его вход подается управляющее воздействие α_ВХ, обеспечивающее требуемый закон его управления. При этом на выходе сумматора 8 вырабатывается сигнал ошибки ε, который после коррекции в блоках 1, 2, 25, усиливаясь, поступает на электродвигатель 4, приводя его вал во вращательное движение с направлением, скоростью и ускорением, зависящими от величины сигнала ε, моментов трения и внешнего моментного воздействия M_B.

Этот электропривод при работе с различными грузами с счетом взаимовлияний степеней подвижности манипулятора имеет переменные моментными характеристики, изменяющиеся в широких пределах. Это снижает качественные показатели его работы и даже приводит к потере устойчивости. Эти характеристики зависят от изменения фазовых координат его электроприводов. Для качественного управления координатой q₂ необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения указанных координат на динамические свойства рассматриваемого электропривода.

Первый положительный вход сумматора 25 (со стороны сумматора 8) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления K_ω/K_y. В результате на выходе сумматора 25 формируется сигнал

Положительные входы сумматоров 10 и 12 имеют единичные коэффициенты усиления. Задатчик 18 вырабатывает сигнал , а задатчик 13 - сигнал l₂. В результате на выходе сумматора 10 формируется сигнал на выходе сумматора 12 - сигнал на выходе блока 15 - сигнал , а на выходе квадратора 19 - сигнал .

С выхода задатчика 11 на второй положительный вход сумматора 17, имеющий единичный коэффициент усиления, поступает сигнал, равный , где J - момент инерции якоря электродвигателя 4 и вращающихся частей редуктора 6, приведенных к валу электродвигателя 4; J_N2 - момент инерции второго звена манипулятора относительно поперечной оси, проходящей через его центр масс, a i_p - передаточное отношение редуктора 6. Поскольку первый (со стороны блока 15) и третий (со стороны квадратора 19) положительные входы этого сумматора, соответственно, имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный m₂, то на его выходе формируется сигнал , а на выходе блока 1 - сигнал

На выходе блока 20 формируется сигнал . Второй положительный вход сумматора 21 (со стороны сумматора 10) имеет коэффициент усиления 2m₂, а его первый положительный вход - коэффициент усиления 2. В результате на выходе сумматора 21 формируется сигнал , на выходе блока 22 - сигнал , на выходе блока 24 - сигнал , а на выходе блока 35 - сигнал .

Задатчик 28 вырабатывает сигнал , где J_S2 - момент инерции второго звена манипулятора относительно его продольной оси. Первый отрицательный (со стороны задатчика 28) и второй положительный входы сумматора 29 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на выходе сумматора 29 формируется сигнал .

Усилитель 39 имеет коэффициент усиления 2. В результате на выходе блока 31 формируется сигнал

Первый положительный вход сумматора 32 (со стороны блока 31) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления g/2, где g - ускорение свободного падения. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал

На выходе блока 43 формируется сигнал , на выходе блока 71 - сигнал , на выходе блока 90 - сигнал . В сумме сигнал на выходе блоков 71 и 90 равен .

Выходной сигнал релейного блока 26 имеет вид

где M_T - величина момента сухого трения при вращении электродвигателя.

На выходе задатчика 38 формируется сигнал m₂, в результате на выходе сумматора 65, имеющего положительные входы с коэффициентами усиления, равными 2, формируется сигнал 2(m₃+m_Г), а на выходе сумматора 46, имеющего положительные входы с единичными коэффициентами усиления - сигнал .

Первый (со стороны блока 49) и второй положительные входы сумматора 51 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 1/i_P, соответственно. Поскольку , то на выходе сумматора 51 формируется сигнал , а на выходе блока 52 - сигнал

.

На выходе блока 64 формируется сигнал , на выходе блока 56 - сигнал , а на выходе блока 62 - сигнал .

Первый (со стороны блока 52), второй (со стороны блока 56) и четвертый (со стороны блока 64) положительные входы сумматора 53 имеют коэффициенты усиления 2, 1 и g/2, соответственно, а его третий отрицательный вход - коэффициент усиления g/(2i_p). В результате на выходе сумматора 53 формируется сигнал

Первый отрицательный (со стороны блока 79) и второй положительный входы сумматора 80 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 1/i_p, соответственно. Первый (со стороны блока 101) и второй положительные входы сумматора 92 имеют коэффициент усиления, равный 1/i_p, и единичный коэффициент усиления, соответственно. На выходе блока 74 формируется сигнал , на выходе блока 81 - сигнал , на выходе блока 82 - сигнал , на выходе блока 95 - сигнал , на выходе блока 93 - сигнал , а на выходе блока 97 - сигнал .

Первый (со стороны блока 74) и второй (со стороны блока 81) положительные, а также третий и четвертый отрицательные входы сумматора 75 имеют коэффициенты усиления 1/2. В результате на выходе блока 76 формируется сигнал

Первый отрицательный (со стороны блока 97) и второй положительный входы сумматора 98 имеют единичные коэффициенты усиления, поэтому на выходе блока 84 формируется сигнал

Первый (со стороны блока 26), второй (со стороны датчика 5), третий (со стороны блока 24), четвертый (со стороны сумматора 32), пятый (со стороны блока 43), шестой (со стороны блока 47), седьмой (со стороны сумматора 53), положительные, а также восьмой (со стороны блока 71), девятый (со стороны блока 76), десятый (со стороны блока 84) и одиннадцатый (со стороны блока 90) отрицательные входы сумматора 27, соответственно, имеют коэффициенты усиления: единичный, , , L/(i_pR), 1/(2i_p), L/(i_pR), L/(i_pR) и L/(2i_pR), где K_B - коэффициент вязкого трения, K_M - коэффициент крутящего момента, K_ω - коэффициент противо-ЭДС, R - активное сопротивление и L - индуктивность якорной обмотки электродвигателя 4. В результате на выходе сумматора 27 формируется сигнал

где

Первый (со стороны блока 1), второй (со стороны сумматора 27) и третий положительные входы сумматора 2, соответственно, имеют коэффициенты усиления R/(K_MK_y), LK_B/(K_MK_y), где К_у - коэффициент усиления усилителя 3, J_H - номинальное значение момента инерции, приведенного к валу электродвигателя.

На основе уравнений Лагранжа II рода можно записать, что моментное воздействие на выходной вал электропривода, управляющего координатой q₂, при движении манипулятора (фиг. 2) с грузом имеет вид:

С учетом соотношения (2), а также уравнений механической и электрической цепей электродвигателя 4 постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q₂, можно описать дифференциальным уравнением

где i - ток якоря, М_СТР - момент сухого трения.

Из выражения (3) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, и параметры электропривода, управляющего координатой q₂, являются существенно переменными. В результате при работе меняются (и притом существенно) его динамические свойства. Для решения поставленной задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое стабилизирует параметры этого электропривода так, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми коэффициентами.

Поскольку при движении электропривода достаточно точно соответствует М_СТР, то сигнал (1), как несложно убедиться, обеспечивает превращение уравнения (3) с существенно переменными параметрами в уравнение с постоянными параметрами, обеспечивающими рассматриваемому электроприводу заданные динамические свойства и показатели качества за счет соответствующего выбора величин J_H и K_y.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый блок умножения и первый сумматор, последовательно подключенные усилитель и двигатель, связанные с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу манипулятора, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, третий сумматор, четвертый сумматор, первый квадратор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу третьего блока умножения, а выход - к первому входу пятого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика постоянного сигнала, а третьим входом - с выходом второго квадратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу шестого сумматора, соединенного выходом с первым входом четвертого блока умножения, а вторым входом - с выходом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика постоянного сигнала, выход третьего задатчика постоянного сигнала подключен ко второму входу третьего сумматора, а выход второго датчика скорости, установленного в третьей степени подвижности манипулятора, соединен со вторым входом четвертого блока умножения, выход которого подключен к первому входу пятого блока умножения, последовательно соединенные релейный блок и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, к первому входу седьмого сумматора, к входу релейного блока, к второму входу пятого блока умножения, выход которого подключен к третьему входу восьмого сумматора, а выход - ко второму входу первого сумматора, выходом соединенного с входом усилителя, причем второй вход седьмого сумматора соединен с выходом второго сумматора, а выход - с первым входом первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, шестой и седьмой блоки умножения и десятый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные первый датчик ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и восьмой блок умножения, девятый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик скорости, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и третий квадратор, выход которого соединен со вторым входом шестого блока умножения, пятый задатчик постоянного сигнала, последовательно соединенные второй усилитель и первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, выход которого подключен ко второму входу седьмого блока умножения, а первый вход девятого блока умножения через второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика положения и к входу второго усилителя, второй датчик ускорения, установленный на выходном валу двигателя, десятый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, второй вход - к третьему входу первого сумматора и выходу второго датчика ускорения, а выход - к пятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый квадратор, одиннадцатый блок умножения, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, выход которого соединен с шестым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные тринадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, четырнадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, двенадцатый сумматор, пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и тринадцатый сумматор, выход которого соединен с седьмым входом восьмого сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый, семнадцатый и восемнадцатый блоки умножения, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго усилителя, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего квадратора и вторым входом восемнадцатого блока умножения, и двадцатый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу двенадцатого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, ко вторым входам восьмого и девятого блоков умножения и к первому входу шестнадцатого блока умножения, и двадцать второй блок умножения, второй вход которого соединен со вторыми входами двенадцатого и двадцатого блоков умножения, а также с выходом первого датчика скорости, а его выход - с третьим входом тринадцатого сумматора, второй вход которого подключен к выходу восемнадцатого блока умножения, последовательно соединенные двадцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго датчика скорости, входом четвертого квадратора и вторым входом семнадцатого блока умножения, а его выход - с четвертым входом тринадцатого сумматора, четырнадцатый сумматор, первый вход которого подключен к выходу пятого задатчика постоянного сигнала, второй - к выходу датчика массы, а выход - ко вторым входам одиннадцатого и двадцать третьего блоков умножения, причем второй вход шестнадцатого блока умножения соединен с выходом первого функционального преобразователя и вторым входом тринадцатого блока умножения, а второй вход одиннадцатого сумматора - с выходом восьмого блока умножения, последовательно соединенные третий датчик положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, пятый функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, двадцать пятый блок умножения, второй вход которого через шестой функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, подключен к выходу первого датчика положения, двадцать шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, и двадцать седьмой блок умножения, выход которого подключен к восьмому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, установленный в четвертой степени подвижности манипулятора, первый дифференциатор, двадцать восьмой блок умножения, пятнадцатый сумматор и двадцать девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к девятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные седьмой функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя, тридцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, шестнадцатый сумматор и тридцать второй блок умножения, выход которого подключен ко второму входу пятнадцатого сумматора, тридцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого датчика ускорения, а также ко вторым входам седьмого и тридцать второго блоков умножения, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения и ко второму входу двадцать восьмого блока умножения, последовательно соединенные тридцать четвертый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и тридцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора, а выход - к десятому входу восьмого сумматора, последовательно соединенные тридцать шестой блок умножения, первый вход которого через восьмой функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу первого датчика положения, а второй - к выходу пятого функционального преобразователя, и тридцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, а выход - ко второму входу шестнадцатого сумматора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные тридцать восьмой, тридцать девятый и сороковой блоки умножения, второй вход последнего подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к одиннадцатому входу восьмого сумматора, сорок первый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу седьмого функционального преобразователя и первому входу тридцать восьмого блока умножения, а второй вход - к выходу восьмого функционального преобразователя, последовательно соединенные семнадцатый сумматор и сорок второй блок умножения, выход которого подключен к третьему входу пятнадцатого сумматора, последовательно соединенные второй дифференциатор и сорок третий блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу пятнадцатого сумматора, последовательно соединенные пятый датчик ускорения, сорок четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тридцать восьмого блока умножения и ко второму входу сорок третьего блока умножения, и восемнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу тридцать третьего блока умножения, а выход - ко второму входу тридцать четвертого блока умножения, причем вход второго дифференциатора и вторые входы тридцать девятого и сорок второго блоков умножения подключены к выходу пятого датчика ускорения, последовательно соединенные сорок пятый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а второй - к выходу пятого функционального преобразователя, сорок шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя и ко второму входу тридцать восьмого блока умножения, а выход - к первому входу семнадцатого сумматора, второй вход которого через сорок седьмой блок умножения подключен к выходу сорок первого блока умножения, а второй вход сорок седьмого блока умножения подключен к выходу первого датчика скорости.