Устройство для преобразования трехмерного вектора прямоугольных координат конца искусственной конечности в углы поворота ее звеньев

 

,ать!,. - . . К "".Ау а. МБА !

785872

Союз Советскик

Социалистических

Республик

О П И С А Н-И "й"-"

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14. 11. 77 (21) 2543482/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет—

Опубликовано 0712.80, Бюллетень М 45

Дата опубликования описания 0712.80 (51)М. Кл.з

G 06 С 7/22

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (5Ç) УДК 681. 335 (088.8) (72) Автор изобретения

Л.Г.Штильман

Научно-исследовательский институт механики

Московского государственного университета им. М,B. Ломоносова (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОГО

ВЕКТОРА ПРЯМОУГОЛЬНЬХ КООРДИНАТ КОНЦА

ИСКУССТВЕННОЙ КОНЕЧНОСТИ В УГЛЫ ПОВОРОТА ЕЕ ЗВЕНЬЕВ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение в качестве средства управления искусственной конечностью роботов-манипуляторов и шагающих машин.

Устройства, реализующие преобразование прямоугольных координат в полярные, цилиндрические и другие координаты, известны 111 и f2j.

Одно из них (1) содержит интеграторы, сумматоры, инверторы, источник эталонного напряжения. Оно решает задачу преобразования координат четырехмерного пространства (четвертой координатой является текущее время).

Это устройство не позволяет получить по заданным прямоугольным координатам трехмерный вектор Х (о(.„, А ) угловых координат.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для непрерывного преобразования прямоугольных координат в сфе- 25 рические (2). Оно содержит тригонометрические блоки, сумматоры, инверторы, интеграторы и вычисляет углы трехмерного вектора методом неявной функции. 30

Недостаток устройства при его использовании для определения углов поворота звеньев искусственной конечности заключается в невозможности согласования заданных декартовых ко- ординат конца искусственной конечности к положений ее отдельных звеньев.

Устройство не решает задачу получения вектора Х (д-„, !!, Аз ), компоненты которого связаны с исходными данными следующими соотношениями: х1 = х1Х $1П с1! х = Х12. cos А1> (1) х — — И„созе Pecos (К2- А3) причем х,у = +В! n g. (2. 3) гДе о,Й„, В - Длины звеньев конечностК, х — — суммарная проекция звейьев )2. на плоскость ОХ Х

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения преобразования трехмерного вектора декартовых координат в трехмерный вектор угловых координат звеньев конечности.

Эта цель достигается тем, что устройство, содержащее синусные и косинусные функциональные блоки, 785872 первый и второй блоки умножения, первые входь1 которых соединены с выходами соответственно первого косинусного и первого синусного функциональных блоков, первый и второй сумми- . рующие блоки, два инвертора, подключенных выходами к первым входам соответствующих интеграторов, и масштабирующие делители, содержит третий инвертор, выход которого подключен к первому входу третьего интегратора, блок вычитания, соответствующие входы которого соединены с выходами второго и третьего интеграторов, и источник эталонного напряжения,связанный с первым входом первого суммирующего блока через первый масшта- 33 бирующий делитель. Вход первой прямоугольной координаты соединен с входом первого инвертора. Входы второй и третьей прямоугольных координат подключены к вторым входам соот-, ф ветственно второго и третьего интеграторов. Выход первого интегратора подключен к входам первого косинусного и первого синусного функциональных блоков. Выход третьего интегратора подключен к входам второго косинусного и второго синусного функциональных блоков,а выход блока вычитания — к входам третьего косинусного и третьего синусного функциональных блоков. Выходы второго и третьего си- ® нусных функциональных блоков через второй и третий масштабирующие делители связаны с соответствующими входами первого суммирующего блока, выход которого подключен к вторым вхо- М дам первого и второго блоков умножения,выходы которых подключены соответственно к второму инвертору и второму входу первого интегратора, Выходы второго и третьего косинусных Функ- П циональных блоков через четвертый и пятый масштабирующие делители связаны соответственно с первым и вторым входами второго суммирующего блока, выход которого соединен с входом третьего инвертора,а выходы интеграторов являются выходами устройства.

Интегратор выполнен на операционном усилителе, в цепи обратной связи которого включены параллельно соединенные элемент ограничения и интегрирующий конденсатор. .На фиг.1 дана структурная схема устройства; на фиг.2 — диаграммные работы преобразователя.

Устройство содержит инверторы 13, интеграторы 4-6, суммирующие блоки 7,8, вычитающий блок 9, косинусные функциональные блоки 10-12, синусные Функциональные блоки 13-15, источник 16 эталонного напряжения, блоки 17, 18 умножения, масштабирующие делители 19-23 и элементы 24-26 ограничения.

На чертежах обозначены входы 2729 устройства, выходы 30-32 и интегрирующие конденсаторы 33-35.

Устройство работает следующим об= разом.

На делителях 19,20 и 22,21 и 23 устанавливают в выбранном масштабе значение длин соответственно звеньев и конечности.

Программное движение искусственной .конечности (например, ноги шагающего аппарата) задается декартовыми координатами ее конца, поступающими на входы устройства.

Входные воздействия отрабатываются соответствующими контурами устройства. Напряжения на выходах интеграторов, представляющие искомые углы, изменяются до момента уравновешивания заданных прямоугольных координат текущими, вычисляемыми с помощью тригонометрических блоков 10-15, блока вычитания 9 и суммирующих блоков 7,8, которые реализуют в совокупности кинематическую схему конечности. Для получения однозначного решения исходных кинематических уравнений конечности в цепи обратной связи блоков 7 и 8 включены, как и в интеграторах, элементы ограничения (на чертеже не показаны .

Требуемое время переходного процесса зависит от скорости изменения входных величин и может варьироваться изменением коэффициентов усиления в интеграторах.

Технико-зкономический эффект от использования изобретения определяется как сокращением объема оборудования системы управления механизмом, так и упрощением функций оператора, что повышает производительность труда.

Формула изобретения

1. Устройство для преобразования трехмерного вектора прямоугольных координат конца искусственной конечности в углы поворота ее звеньев, содержащее синусные и косинусные функциональные блоки, первый и второй блоки умножения, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого косинусного и первого синусного функциональных блоков, первый и второй суммирующие блоки, два инвертора, подключенных выходами к первым входам соответствующих интеграторов и масштабирующие делители, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения преобразования трехмерного вектора декартовых координат в трехмерный вектор угловых координат звеньев конечности, устройство дополнительно содержит третий инвертор, выход которого под785872 ключен к первому входу третьего интегратора, блок вычитания, соответствующие входы которого соединены с выходами второго и третьего интеграторов, и источник эталонного напряжения, связанный .с первым входом пер--. вого суммирующего блока через первый масштабирующий делитель, при этом вход первой прямоугольной координаты соединен с входом первого инвертора, входы второй и третьей прямоугольных координат подключены к вторым входам соответственно второго и третьего интеграторов, выход первого интегратора подключен к входам первого косинусного и первого синусного функциональных блоков, выход третьего интегратора подключен к входам второго косинусного и второго синусного функциональных блоков, а выход блока вычитания — к входам третьего кссинусного и третьего синусного функциональных блоков, выходы второго и третьего синусных функциональных блоков через второй и третий масштабирующие делители связаны с соответствующими входами первого суммирующего блока, выход которого подключен к вторым входам первого и второго блоков умножения, выходы которых подключены соответственно к второму инвертору и вто рому входу первого интегратора, выходы второго и третьего косинусных

5 функциональных блоков через четвертый и пятый масштабирующие делители связаны соответственно с первым и вторым входами второго сумМирующего блока, выход которого соединен с

® входом третьего иивертора, а выходы интеграторов являются выходами устройства.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что интегратор выполнен на операционном усилителе, s цепи обратной связи которого включены параллельно соединенные элемент ограничения и интегрирующий конденсатор.

Источники информации, 20 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 477427, кл. G 06 G 7/22, 1973.

2. Левин П.Л. Методы решения технических задач с использованием аналоговых вычислительных машин. И., "Мир", 1966, с.163 (прототип).

785872

Составитель Г.Осипов ,Редактор Л.утехина Техред A.A÷ Корректор С. Шекмар .Заказ 8846/53 Тираж 751 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4