Устройство компенсации статических моментов

 

1ц 56)657

ОПИС

ИЗОБР

Союз Вееетскнк

Юоклелиетнческнк

Рееоублнк (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.08.75 (21) 2163426/08 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.77. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 13.07.77 (51) М. Кл.з- В 253 3/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений н открытий (53) УДК 62-229.72 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. H. Белоусов, В. М. Баранов, С. Д. Валиева, Е. В. Григалюк, В. Ф. Суслов и А. H. Шаров (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ СТАТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к дистанционным копирующим манипуляторам.

Известно устройство компенсации статических моментов дистанционного копирующего манипулятора, в котором статические моменты последовательно соединенных цилиндрическими шарнирами звеньев предплечья и плеча компенсируются сигналами у правления приводами, подаваемыми акселерометрами

i1)

Недостатком указанного устройства является низкая точность компенсации статических моментов в манипуляторах, плоскость звеньев которых имеет отклонение от вертикальной 15 плоскости, что ограничивает диапазон углов поворота звеньев манипулятора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство компенсации очувствленного дистанционного копирующего манипулятора, в котором компенсации статических моментов звеньев, плоскость которых имеет отклонение от вертикальной плоскости, производятся с помощью синусно-косинусных вращающихся трансформаторов и потенциометрических акселерометров. На крестовине кардана установле ны два потенциометрических акселерометра, а на звене плеча установлены два синусно-косинусных вращающихся трансформатора, ориентированных IIQ звеньям и кинематпчески с ними связанных (21.

Недостаток указанного устройства заключается в сложности конструкции вследствие кинематической связи синусно-косинусных трансформаторов со звеном предплечья и с крестовиной кардана и в низкой точност компенсации статических моментов.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности компенсации статических моментов при отклонении плоскости качания звеньев от вертикальной плоскости.

Указанная цель достигается тем, что один из акселерометров установлен на корпусе, а его ось чувствительности размещена параллельно одной из осей карданного шарнира; три акселерометра — на плече, ось чувствительности первого из которых параллельна второй оси карданного шарнира, второго перпендикулярна плоскости, проходящей через оси плеча и карданного шарнира, а третьего параллельна оси плеча; два акселерометра установлены на предплечии, ось чувствительности одного из которых перпендикулярна плоскости, проходящей через оси звена и шарнира предплечья, а другого параллельна оси предплечья.

Такое выполнение устройства компенсации обеспечивает введение в вычислительное уст561657 ройство формирующих сигналов, пропорциональных статическим моментам в степенях подвижности манипулятора, что упрощает конструкцию и позволяет увеличить обслуживаемое пространство путем повышения точности компенсации статических моментов при отклонении плоскости качания звеньев от вертикальной плоскости.

На чертеже показана кинематическая схема дистанционного копирующего манипулятора с устройством компенсации статических моментов.

Устройство компенсации статических моментов смонтировано на манипуляторе, состоящем из корпуса 1, плеча 2, предплечья 3, кисти 4, захвата 5 и имеющем следующие степени подвижности: качание звеньев манипулятора КМ; качание плеча КПп; качание предплечья КПр, ротация кисти РК; качание кисти КК; ротация захвата Р3 и перемещение 3 губок захвата 5. Кисть4и зах1ват 5 являются конструктивно уравновешенными относительно осей подвижности, а массы звеньев плеча 2 и предплечья 3 создают статические моменты относительно осей КМ, КП.„и КПр.

Устройство компенсации статических моментов содержит акселерометры, установленные и ориентированные по звеньям: A! — на основании 1 с осью чувствительности, параллельной КМ; А2 — на плече 2 с осью чувствительности, параллельной КП„; A> — на плече

2 с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось плеча 2 и ось КПп; А4 — на плече 2 с осью чувствительности, параллельной оси плеча 2; А; — на предплечье 3 с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось предплечья 3 и ось КП»; А — на предплечьи 3 с осью чувствительности, параллельной оси предплечья 3.

Устройство компенсации статических моментов работает следующим образом.

При повороте плеча 2 и предплечья 3 относительно осей подвижности КМ, КП.„и КП» моменты от массы конструкции манипулятора относительно осей КПп и КПр описываются выражениями:

+ и р in» S1 n "и р COS J.„ .м

М„„ — б р /„р sin „p соз

Акселерометры А1, А2, Ал, А вырабатывают сигналы, пропорциональные составляющим ускорениям свободного падения, направленным по осям чувствительности акселерометров:

U, =U,.sin в cosа„„

U, = U, sin,.„;

U =U, sinnÄ, cosa,„;

U, = — U, sin л„cos ал„, 1 5+ 2 31

U " = К,.U„

В1

30 где К! и К2 — масштабные ко-ôôèöèåíòû,,которые выбираются пз условия:

+!Uî: пр пр

+aUo — пл пл + пр пл

Статический момент от массы конструкции манипулятора относительно оси КМ при повороте плеча и предплечья от11осительно осей

40 К, 1, КПп и КП описывается выраркснием:

Мл„: $1П плм (COS nä (бпр COS Ппр +

+ (- пл пл + пр -пл) COS - пл) +

+ sin "в пр . пр sin пр + (Gnn пл + On» Lnn) X

45 ,, Sln ппл1! ° с1тобы получит» алгоритмы вычисления

el!»I!a;Ia ко;;,IåIIñàöè:1, соответствующего М,nn, 50 зап! Iшсм си1!усныс 11 коспнусе1ые Выражения В формуле М,,„через значения сигналов акселерометров An 12,, 1л, А,U1

З1П пВ = 2 /1 ц2 у2

cos n> = 1 — V, COSn,, =! 1 — U22, 1з

sin „, = (1 — V где ап„— угол между осью Z и ее проекцией на плоскость звеньев манипулятора; ав — угол между осью качания манипу5 лятора и осью Х; апр — угол между осью предплечья и п роекцией оси Z на плоскость звеньев манипулятора; апп — угол между плечом и проекцией

10 оси Z на плоскость звеньев манипулятора; бпр — масса предплечья;

Gn. масса плеча;

ln» — расстояние от центра тяжести пред15 плечья до оси качания предплечья;

4., — расстояние от центра тяжести плеча до оси качания плеча;

1- — д чина плеча

Чтобы сформировать сигнал компенсации, 20 соответству ющий Mn„n, .необходимо сложить сигналы U3 и U.-, а для формирования сигнала компенсаци!и., соответствующего М„„р, необходимо использовать сигнал С4, т. е. вычислительное устройство должно реализовать вы25 числения:

- - 561657

1 г — с,— и 2

U;

З1П акр .г . ь 2

V 2 5

2 2

cos а„р = 2

cos а

Тогда алгоритм вычисления сигнала компенсации, соответствующего M,,U èìååò вид: АУ вЂ” 1Кi (U1 Uü+ 1 2 U1 X 2 У! — Uz — Щ+ К,(U, U, +

+ 1 — U2 — U1 1 — 2 — /3).

2 2 1/ 2 2

Этот алгоритм позволяет вычислять значения компенсирующего сигнала в пределах углов якм, сикпа, якпр от 0 до л/2.

Г1ри выполнении манипулятором типовых рабочих операций (например, подъем и перенос груза) угол ак„, обычно не превышает значения л/2, угол сккп превышает значение л/2 только при наличии угла дифферента, а угол апр может принимать значения большие

sr 2 независимо от угла дифферента.

Приведенный выше алгоритм вычисления компенсирующего сигнала, соответствующего

Мк,„, при значениях углов апп и апр)л/2 дает неверный результат вследствие того, что формулы 2 З и

pi — о, cos i

cos а,р— (i U2, U =U, cos2„ð используемые в указанном алгоритме, справедливы только для диапазона углов (д/2, так как при углах )л)2 косинусы должны иметь отрицательные значения, а приведенные формулы соответствуют только положительным значениям косинусов.

Поэтому для расширения зоны обслуживания манипулятора на плече и предплечье установлены два дополнительных акселерометра, которые вырабатывают сигналы:

U, = U, cos а. cos ..„.„;

Откуда

cos а„=

U4 2

cos а„р — /1 У2

Эти выражения позволяют определять значения косинусов в диапазоне углов аппп и апр от Одо л.

Алгоритм вычисления сигнала компенсации, соответствующего Мк, при использовании двух дополнительных акселерометров имеет вид: /У =, (К, {U U + 2

+ V 1 U2 u, U6) + Кд{У U +

+ 1 /2 1 UJJ

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР№330950, кл. В 23J 3/04, 1970.

55 2. Авторское свидетельство СССР № 448950, кл. В 25J 3/04, 1973.

Устройство компенсации статических моментов, например, дистанционного копирующего манипулятора, содержащее корпус и последовательно соединенные цилиндрическир0 ми шарнирами звенья предплечья и плеча, связанные с корпусом карданным шарниром и снабженные ориентированными по звеньям акселерометрами, соединенными с системой управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности компенсации моментов, один из акселерометров установлен на корпусе, а его ось чувствительности размещена параллельно одной из осей карданного шарнира, три акселерометра — на плече, ocb

40 чувствительности первого из которых параллельна второй оси карданного шарнира, второго перпендикулярна плоскости, проходящей через оси плеча и карданного шарнира, а третьего параллельна оси плеча, два акселерометра установлены на предплечьи, ось чувствительности одного из которых перпендикулярна плоскости, проходящей через оси звена и шарнира предплечья, а другого параллельна оси предплечья.

561657

Составитель В. Павлов

Техред М. Семенов

Редактор Н. Аристова

Корректор О. Тюрина

Типография, по. Сапунова, 2

Заказ 2100/5 Изд. № 603 Тираж 1130 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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