Вычислительное устройство дляуправления манипулятором

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<щ840801

1 . е м г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61 ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 139979 (21) 2823978/18-24 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 230681, Бюллетень М 23 (Я) . K,..

G 05 В 15/00

В 25 J 13/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (>>) >W 62-50 (088. 8)

1...

Дата опубликования описания 250681 ь

j с

С -к рр

A. N. Ивкин И A. К. Токарев

У

/, Научно-исследовательский институт проблем машинострой низ при Москоаском ордена Ленина, ордена Октябрьской Реколюпии и ордена Трудового Красного Знамени высшем техническом училище им. Н.Э. Баумана (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

МАНИПУЛЯТОРОМ

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и может быть исполь- зовано в робототехнических системах.

Известно вычислительное устройство для управления манипулятором, со5 держащее аналоговые механические вычислители (1), Однако применение устройства ограничено в виду громоздкости, сложности и узких функциональных возможностей вычислителей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее по- 15 следовательно соединенные генератор синусоидального сигнала, формирователь пилообразного напряжения,. первый компаратор и первый элемент памяти, второй вход которого подклю- 20 чен ко второму выходу генератора синусоидального сигнала, третий выход которого соединен с первым входом второго элемента памяти, второй вход которого подключен к выходу первого 25 компаратора, вторым входом соединенного с первым входом устройства.

Это устройство позволяет решать задачи преобразования координат для плоских однозвенных механизмов E2 ). 30

Однако даже комбинацией подобных устройств не удается решить задачу преобразования командных движений охвата многозвенного пространственного манипулятора в команды управления исполнительными приводами и тем самым обеспечить разложение движений манипуляционного робота. С другой стороны, это устройство не позволяет выполнить обратные преобразования координат и функциональные преобразования, необходимые для управления многозвенными манипуляционными механизмами.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит пять сумматоров и три функциональных преобразователя, причем выход формирователя пилообразного напряжения соединен с первыми входами функциональных преобразователей, вторые входы которых подключены ко второму выходу генератора синусоидального сигнала, третий выход которого соединен с третьим входом третьего функционального преобразователя, второй, третий и четвертый входы устройства подключены

840801 соответственно к третьему и четвер.тому входам первого функционального . преобразователя и к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого элемента памяти,. а выход — с третьим входом второго функционального преобразователя, четвертый вход которого подключен к выходу второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом второго элемента памяти, а второй вход — с первым выходом первого функционального преобразователя, второй выход которого является первым выходом устройства, четвертый вход третьего функционального преобразователя подключен к первому выходу второго функционального преобразователя, первый выход — к соответствующим входам третьего и четвертого сумматоров, а второй выход — ко второму входу четвертого сумматора и первому входу пятого сумматора, второй вход которого соединен со вторым входом первого компаратора, а третий вход— со вторым входом третьего сумматора и вторым выходом второго функционального преобразователя, а выходы третьего, четвертого и пятого сумма. торов подключены соответственно ко второму, третьему и четвертому выходам устройства, а также то что первый и второй функциональные преобразователи содержат фазосдвигающий блок и последовательно, соединенные шестой сумматор, первый интегратор, модулятор, фильтр низкой частоты и третий элемент памяти, а также последовательно соединенные седьмой сумматор, второй интегратор, второй компаратор, четвертый элемент памяти, второй вход которого через фазосдвигающий блок подключен к выходу фильтра низкой частоты, а выход — к первому входу седьмого сумматора, второй вход третьего элемента памяти соединен с выходом второго компаратора, а выход — с первым входом шестого сумматора, причем вторые входы второго компаратора, модулятора, шестого и седьмого сумматоров подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам преобразователей, а выходы первого и вто- рого интеграторов — к первым и вторым выходам преобразователей, а также то, что третий функциональный преобразователь содержит пятый и шестой элементы памяти и последовательно соединенные восьмой сумматор, третий интегратор, третий компаратор и седьмой элемент памяти, а также последовательно соединенные восьмой элемент памяти, девятый сумматор, четвертый интегратор и четвертый компаратор, второй вход которого подключен к одноименному входу первого компаратора, а выход — к первым входам пятого и шестого элемента памяти, выход третьего компаратора соединен с первым входом восьмого элемента памяти, вто рой вход которого подключен к одноименному входу шестого элемента памяти, выход которого соединен со вторым входом девятого сумматора, второй вход пятого элемента памяти подключен к одноименному входу седьмого элемента памяти, а выход — к первому входу восьмого сумматора, второй вход которого соединен с выходом седьмого элемента памяти, причем вторые входы третьего компаратора, шестого элемента памяти, пятого эле,мента памяти и третий вход восьмого сумматора подключены соответственно

35 к первому, второму, третьему и четвертому входам преобразователя, а выходы третьего и четвертого интеграторов — к первому и второму выходам преобразователя. о На фиг. 1 изображена функциональная схема вычислительного устройства; на фиг. 2 — функциональная схема первого и второго функциональных преобразователей; на фиг. 3 — функциональная схема третьего функционального преобразователя.

Устройство содержит преобразователь 1 полярных координат в декартовые, генератор 2 синусоидального сигнала, формирователь 3 пилообразного напряжения, первый компаратор 4, первый элемент памяти, первый, второй и третий функциональные преобразо, ватели 6-8 соответственно, первый, второй, третий, четвертый и пятый сумматоры 9-13 соответственно, второй элемент 14 памяти, X Y Z входные, сигналы ф ф,р,,, — команды и управления приводами манипулятора „, Я, Я вЂ” длины звеньев манипуля40 тора, ОХ У Z — неподвижная система координат; модулятор 15, фильтр 16 низкой частоты, фазосдвигающий блок

17, третий и четвертый элементы памяти 18 и 19 соответственно, первый

45 и второй интеграторы 20 и 21 соответственно, шестой и седьмой сумматоры 22 и 23 соответственно, второй компаратор 24 и о - выходные сигналы преобразователя, восьмой и девятый сумматоры 25 и 26 соответственно, третий и четвертый интеграторы

27 и 28 соответственно, третий и четвертый компараторы 29 и 30 соответственно, пятый, шестой, седьмой и восьмой элементы памяти 31-34 соот55 ветственно, 94 и 9g выходные сигналы преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

Входные сигналы р и X Yq 2 задают

4О соответственно ориентацию и положение схвата манипулятора s неподвижной системе координат 0X Y Zo. На втором и третьем выходах гейератора 2 синусоидального сигнала вырабатываются сигналы А siï cot и Я cos cot с амп840801 литудой А и частотой le, которая является синхронизирующей для формирователя 3 пилообразного напряжения. При подаче на первый вход устройства входного сигнала 1 в момент времени его равенства с пилообразным напряжением на входах первого компарато5 ра 4 по сигналу этого компаратора на выходах элементов памяти 5 и 14 фиксируются мгновенные значения напряжений А sin P и А cosP, которые поступают соответственно на второй и первый входы сумматоров 9 и 10.

Входные сигналы Х, У поступают на вход первого функционального преобразователя 6, формирующего напряжения, пропорциональные полярному ра- 15 диусу и команде управления — углу a(. . При этом на входах второго функционального преобразователя 7 формируются сигналы двух координат

>o — icos pi u Z- 8+s i n P, а на его вы- Зр

Л ходах — напряженйя, пропорциональные углу Ч и полярному радиусу p . Сигнал, пропорциональный р поступает на вход третьего функционального преобразователя 8, который решает задачу определения по известным сторонам треугольника 8q, 5,2 и Р углов Ф и эаключенных между Е, р и В, рд соотретственно. Полученйые значения углов Ч,, ф и Р позволяют определить,с помощью, сумматоров 11-13 команды управления с = (9+ У ), d9=

=9 + и g4= + g — 9. Приводы манипулятора, отрабатывая найденные .

° команды приводят схват манипулятора

35 в положение, соответствующее входным сигналам.

Принцип действия первого и втброго функциональных преобразователей

6 и 7 сводится к следующему. При по- 40 ступлении входных сигналов Х и У на выходах интеграторов 20 и 21 вырабатываются напряжения, пропорциональные полярным координатам 9 и с причем 0 = Х +Y, с = arc tg у, Ука- 45

2. .Х занные преобразования реализуются благодаря охвату интеграторов отрицательными обратными связями через элементы памяти 18 и 19. На выходах этих элементов фиксируются соответ- 5р ственно значения р sin Q u pcos с6 в моменты времени, когда на входах компаратора 24 совпадают по значению пилообразное напряжение и напряжение, пропорциональное УглУ с(.. Формирование значений psin cL u gcoscf.осуществляется с помощью модулятора 15, на входы которого поступают синусоидальное напряжение и напряжение, пропорциональное полярному радиусу р, фильтра 16 и фазосдвигающего блока 15. d0

Третий функциональный преобразователь 8 работает следующим образом.

При подаче на третий вход сумматора .25 напряжения, пропорционального значению Pg иа выходах интеграторов 27 65 и 28 устанавливаются такие значения напряжений, пропорциональные углам

Va.и 9q, что на выходах сумматоров

25 и 26 реализуются равенства p< =

E cos Ц.у g

При этом на выходах элементов памяти

31 и 32 в момент равенства на входах компаратора 30 пилообразного напряжения и напряжения, пропорционального углу ф, фиксируются мгновенные значения напряжений, пропорциональные величинам 8

25 и второй вход сумматора 26 соответственно. Аналогичным образом на выходах элементов памяти 33 и 34 формируются напряжения, пропорциональные значениям Eicos 9 и 8

Применение изобретения позволяет наиболее простыми техническими средствами осуществить разложение движений манипулятора, т.е. преобразование командных движений схвата мгновенного пространственного манипулятора в сигналы управления исполнительными приводами.

Формула изобретения

1. Вычислительное устройство для управления манипулятором, содержащее последовательно соединенные генератор синус.ожидального сигнала, формирователь пилообразного напряжения, первый компаратор и первый элемент памяти, второй вход которого подключен ко второму выходу генератора синусоидального сигнала, третьим выходом соединенного с первым входом второго элемента памяти, второй вход которого подключен к выходу первого компаратора, вторым входом соединенного с первым входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, оно содержит пять сумматоров и три функциональных преобразователя, причем выход формирователя пилообразного напряжения соединен с.первыми входами функциональных преобразователей, вторые входы которых подключены ко второму выходу генератора синусоидального сигнала, третий выход которого соединен с третьим входом третьего функционального преобразователя, второй, третий, и четвертый входы устройства подключены соответственно к третьему и четвертому входам первого функционального преобразователя и первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого элемента памяти., а выход— с третьим входом второго функционального преобразователя, четвертый вход

840801 которого подключен к выходу второго сумматора, первый. вход которого соединен с выходом второго элемента памяти, а второй вход — с первым выходом первого функционального преобразователя, второй выход которого является первым выходом устройства, четвертый вход третьего функционального преобразователя подключен к.. первому выходу второго функционального преобразователя, первый выход— к соответствующим входам третьего и четвертого сумматоров, а второй выход — ко второму входу четвертого сумматора и первому входу пятого сумматора, второй вход которого соединен со вторым входом первого сумматора, а третий вход — со вторым входом третьего сумматора и вторым выходом второго функционального преобразователя, а выходы третьего, четвертого и пятого сумматоров подклю- 2() чены соответственно ко второму, третьему и четвертому выходам устройства.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что первый и второй функциональные преобразователи содержат фазосдвигающий блок и последовательно соединенные шестой сумматор, первый интегратор, модулятор, фильтр низкой частоты и третий элемент памяти, а также последовательно соединенные седьмой сумматор, второй интегратор, второй компаратор, четвертый элемент памяти, второй вход которого через фазосдвигающий блок подключен к выходу фильтра низкой частоты, а выход — к первому входу седьмого сумматора, второй вход третьего элемента памяти соединен с выходом второго компаратора, а выход— с первым входом шестого сумматора, причем вторые входы второго компара- 40 тора, модулятбра, шестого и седьмого . сумматоров подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам преобразователей, а выходы первого и второго интеграторов — к первым и вторым выходам преобразователей.

3. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что третий функциональный преобразователь содержит пятый и шестой элементы памяти и последовательно соединенные восьмой сумматор, третий интегратор, третий компаратор и седьмой элемент памяти, а также последовательно соединенные восьмой элемент памяти, девятый сумматор, четвертый интегратор и четвертый компаратор, второй вход которого подключен к одноименному входу первого компаратора, а выход— к первым входам пятого и шестого элементов памяти, выход третьего компаратора соединен с первым входом восьмого элемента памяти, второй вход которого подключен к одноименному входу шестого элемента памяти, выход которого соединен со вторым входом девятого сумматора, второй вход пятого элемента памяти подключен к одноименному входу седьмого элемента памяти, а выход — к первому входу восьмого сумматора, второй вход которого соединен с выходом седьмого элемента памяти, причем вторые входы третьего компаратора, шестого элемента памяти, пятого элемента памяти и третий вход восьмого сумматора подключены соответственно к первому, второму, третьему и .четвертому входам преобразователя, а выходы третьего и четвертого интеграторов — к первому и второму выходам преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Попов Е.П. и др. Манипуляционные работы: динамика и алгоритмы.

М., "Наука", 1978, с. 198-199.

2. Патент США Ф 381673б, кл. 235-186, опублик. 1974 (прототип).

840801

Составитель Г. Нефедова

Редактор Н. Пушненкова Техред А.Бабинец Корректор М. Пожо

Эаказ 4761/67 Тираж 940 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