Систма управления дистанционным манипулятором

 

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

»»633725 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28. 04.76(21) 2352087/25-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет— (43) Опубликовано25. 11,78.Бюллетень №43 (45) Дата опубликования описания аа.тt.va

2 (51) М. Кл

З 25 1 13/00

С1 05В13/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 62-50 (088,8) В. Л. Афонин и Г. В. Письменный (72) Авторы изобретения

Московское ордена Ленина и ордена Трудового Красного

Знамени высшее техническое училище им. Н. Э. Баумана (71) Заявитель (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДИСТАНЦИОННЫМ

МАНИПУЛЯТОРОМ

Изобретение относится к области универсальных промышленных или специализированных дистанционных манипуляторов (ДМ), управление которыми осуществляется человеком-оператором при помощи задающего органа, и может быть использовано в машиностроении, химической промышленности, медицине.

Известны системы управления дистанционными манипуляторами. Система (1), содержащая задающую рукоятку, вычислительное устройство, усилители и систему приводов, обладает низкой точностью воспроизведения микроперемещений, необходимых при выполнении высокоточных операций.

Наиоолее близким техническим решением к данному изобретению является система позиционноскоростного управления дистанционным манипулятором (2), содержащая задающий орган и последовательно соединенные вычислительное устройство, блок изменения структуры системы, блок силовых следящих приводов и исполнительный механизм.

Недостатком указанной системы являются ее низкие точность и быстродействие, обусловленные отсутствием автоматического переключения с позиционного на скоростной способы управления и обратно.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности системы.

Сущность изобретения состоит в том, что система управления дистанционным манипулятором содержит блок пороговых элементов и блок нелинейных преобразователей, каждый выход которого подключен к соответствующему входу вычислительного устройства, каждый выход задающего органа

l0 соединен с соответствующими входами блока нелинейных преобразователей и блока пороговых элементов, первый выход которого подключен к одним из входов блока нелинейных преобразователей и блока изменения

15 структуры системы, а второй выход — к другому входу блока изменения структуры системы.

На чертеже изображена функциональная схема системы управления дистанционным

2о манипулятором, которая содержит: человека-оператора 1; задающий орган 2; блок 3 нелинейных преобразователей; блок 4 пороговых элементов; вычислительное устройство 5; блок 6 изменения структуры системы;

633725

Формула изобретения

55 блок 7 силовых следящих приводов; исполнительный механизм 8; коммутирующие ключи 9 — 12; реле 13 с гестерезисом; логический элемент 14 ИЛИ; логический элемент

15 НЕ; зона нечувствительности 16; апериодическое звено 17; интегратор 18; блок 19 постоянного коэффициента усиления а; сумматоры 20, 21.

Система управления дистанционным манипулятором работает следующим образом.

Человек-оператор 1 формирует совокупность командных сигналов Х, (i = 1, 2, 3, 4, 5,6), которые подаются в блок пороговых элементов 4 и блок нелинейных преобразователей 3. Блок нелинейных преобразователей

3 предназначен для управления коммутирующими ключами 9. Блок пороговых элементов

4 состоит из реле с гистерезисом 13, логического элемента ИЛИ 14 и логического элемента НЕ 15. Принцип работы блока пороговых элементов 4 заключается в следующем. В начальный момент, когда амплитуда командных сигналов (х, ) (i = 1, 2, ... 6) не превышает порога срабатывания реле, т.е. (х,) (Х ; ключи 9 и 10 замкнуты, а ключи ! 1 и 12 разомкнуты. Это соответствует позиционному режиму работы устройства. Если любой из командных сигналов превышает уровень срабатывания блока пороговых элементов 4 (Х;) ) Х, то размыкаются ключи 10 и 9 и замыкаются ключи 11 и 12. Система переключается на скоростной режим работы.

Обратный переход с режима управления скоростью на-позиционный режим управления осуществляется только при условии (Х; ) (Х, о

В этом случае с точностью до Х; зона позиционного управления всегда располагается центрально относительно текущего положения охвата.

Нелинейные преобразователи блока 3 предназначены для обеспечения нулевого сигнала на входах вычислительного устройства

5 в момент перехода с позиционного на скоростной режим работы. Блок нелинейных преобразователей 3 включает коммутирующие ключи 9 и зону нечувствительности, равную уровню срабатывания соответствующего реле блока пороговых элементов 4 Х,, Блок нелинейных преобразователей 3 работает сле дующим образом. При позиционном режиме работы ключ 9 замкнут и командный сигнал

Х, непосредственно подается на входы вычислительного устройства 5. При размыкании ключа 9 (режим управления скоростью) на входы вычислительного устройства 5 командный сигнал Х; подается через зону нечувствительности 16. Таким образом, в момент перехода на скоростной режим входные сигналы вычислительного устройства 5 равны нулю, это исключает переходной процесс в момент переключения, Вычислительное устройство 5 преобр:,зует командные сигналы Х в сигналы 5.,:.ж15

З0

50 дой степени подвижности исполнительного механизма 8:

S) = J (9J}, где j — индекс звена исполнительного механизма;

J 8 } — обратная матрица преобразования;

И; — угловые перемещения звеньев исполнительного механизма;

Х; — выходной сигнал задающего органа манипулятора;

SJ — выходной сигнал вычислительного устройства.

В пределах малых величин сигналов задающего органа манипулятора, обеспечивающих зону позиционного управления, в вычислительном устройстве 5 используется один и тот же алгоритм преобразования

J ((ЭД, что и для скоростного режима управления.

Блок изменения структуры системы 6 предназначен для преобразования сигналов в управляющие сигналы каждого привода (Э1 (j = 1 .....6). Они включают апериодические звенья 17, интеграторы 18, коммутирующие ключи 10, 11, 12 и сумматоры 20 и 21. Блок изменения структуры системы 6 работает следующим образом. При позиционном режиме ключи 10 замкнуты, а ключи 11 и 12 разомкнуты. Сигналы S. с некоторой постоянной преобразуются в сигналы управления á . При скоростном режиме управления ключ 10 размыкается, а ключи 11 и

12 замыкаются. Сигналы S. интегрируются и через сумматор 20 подаются на входы приводов. В момент перехода на скоростной режим работы информация о величине углового положения, которое было установлено в результате позиционного управления в предыдущий период времени, переписывается на интегратор через цепь, состоящую из ключа

12, блока 19 постоянного коэффициента усиления aJ è сумматора 21.

Блок 7 преобразует управляющие сигналы О непосредственно в перемещение звеньев исполнительного механизма 8, который воспроизводит движения, задаваемые человеком-оператором.

При реализации данного изобретения оказалось возможным снизить утомляемость оператора и повысить точность быстродействия позиционирования манипулятора примерно на 20О/o, причем предельная точность позиционирования определяется точностью установки рукоятки в требуемое положение.

Система управления дистанц11онным манипулятором, содержащая задающий орган и последовательно соединенные вычислительное устройство, блок изменения структуры системы, блок силовых следящих приводов и исполнительный механизм, отличающаяся

633725

Составитель A. Лащев

Редактор Д. Мепуришвили Техред О. Луговая Корректор Л. Небола

Заказ 6677/1б Тираж 1080 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тем, что, с целью повышения быстродействия и точности системы, она содержит блок пороговых элементов и блок нелинейных преобразователей, каждый выход которого подключен к соответствующему входу вычислительного устройства, каждый выход задающего органа соединен с соответствующими входами блока нелинейных преобразователей и блока пороговых элементов, первый выход которого подключен к одним из входов блока нелинейных преобразователей и блока изменения структуры системы, а второй выход — к другому из входов блока изменения структуры системы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. «Динамические системы и управление».

Труды американского общества инженеровмехаников»,Мв 4, 1972, с. 19 — 25.

2. П а те нт С Ш Л М 3280991, кл. 214 — 1, ! 2.01.! 971.