Устройство для управления манипулятором

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОР :КОМУ «:ВИДЕ ИЗЬС ВУ

Союз Советских

Социалистическик

Республик « 99 jI 367 (6)) Дополнительное к авт; свйд-ву (22) Заявлено 1611.81 (2! ) 3351858/18-24

G 05 B 11/00

В 25 J 13/00 с присоединением заявки Ио

Государственный комитет С С С P по делам изобретений. и открытий (23) Приоритет

)$3),яДК 6 2- 50 (088.8) Опубликовано 23Р183. Бюллетень И? 3

Дата опубликования описания 230183

/ (72) Авторы изобретения

E Ì. Карпов и Н.И. Наз

Куйбышевский ордена Трудовог политехнический институт им.В.В. (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРОМ

Изобретение относится к робото:технике и может быть использовано при создании устройств для управления малоскоростными уравновешенными манипуляторами.

Известно устройство для управления манипулятором, содержащее задатчик, сумматор, блок коррекции, усилитель, привод, исполнительный механизм и датчик положения (1).

Однако устройство не решает задачи управления объектами с переменным моментом инерции °

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее последовательно соединенные первый,дифференцнатор, первый усилитель и привод, связанный через исполнительный механизм с датчиком положения, выход которого через последовательно подключенные первый сумматор и второй усилитель соединен с входом привода (2 ).

Недостатком известного устройства является сложность, обусловленная сложностью вычислительной машины, входящей в его состав . Кроме того., в про цессе отработкивходного сигналаимеют место непрерывные переходные процессы, на подавление которых тратится дополнительное время, снижающее быстродействие.

Целью изобретения является упрощение и повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, .что устройство содержит источник опорного сигнала, первый и второй ключи щ и последовательно соединенные пульт управления, третий ключ, блок памяти, второй сумматор, третий усилитель и четвертый ключ, последовательно подключенные элемент И, второй дифференциатор, однополупериодный выпрямитель и ждущий мультивибратор, а так же последовательно соединенные квадратор и блок деления, второй вход которого подключен к выходу источника опорного сигнала, а выход— к второму входу второго усилителя, первый вход элемента И соединен с выходом датчика положения, второй вход — с первым выходом пульта управления и вторым входом второго сумматора, а выход — с входом пульта управления и элемента НЕ, с первым входом первого ключа и второго ключа, вторым входом подключенного к выходу блока памяти, а выходом - к выходу

ЗО четвертого ключа и к второму входу

9913б7 первого сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого клю-» ча, выходом подключенного к входу первого дифференциатора, выход элемента НЕ соединен с вторым входом четвертого ключа, выход ждущего муль- 5 тивибратора подключен к второму входу гретьего ключа, а второй выход пульга управления соединен с входом квадратора.

На чертеже представлена функцио- Я нальная схема устройства.

Схема содержит привод 1, первый и второй усилители 2 и 3 соответственно, исполнительный механизм 4, первый 5 и второй б дифференциаторы, )5 датчик 7 положения, первый 8, второй

9, третий 10 и четвертый 11 ключи т первый сумматор 12, третий усилитель 13, источник 14 опорного сигнала, блок 15 деления, квадратор 16, блок 17 памяти, элемент И 18, второй сумматор 19, однополупериодный выпря-. митель 20, ждущий мультивибратор 21, элемент HE 22, пульт 23 управления.

Устройство работает сдедующим обl разом.

Для перевода исполнительного оргайа манипулятора из текущего положения L< в целевое L»2 за время Т вычислительная машина должна по введенным указанным, параметрам выработать входной управляющий сигнал к(t) вида !

К(1) — t (! -L )(1+Я / / 1) 0» С» ь

2 2 1 4, Действующий на входе привода 1 электрический сигнал преобразуется в механический вращающий момент М, приводящий звено исполнительного ме..ханизма 4 малоскоростного уравновешенного шарнирного манипулятора,во вращательное движение, которое описывается линейным дифференциальным уравнением где » — приведенный момент инерции звена манипулятора.

В начале на первом выходе пульта

23 управления действует задающий входной сигнал R() = L„ ° Звено манипулятора при этом повернуто на такой угол, что соответствующий ему выходной сигнал 8(й) = .L< . Эти два равных сигнала поступают на входы элемента И 18, на выходе которого при этом имеет место сигнал совпадения, .под действием которого ключи 8 и 9 открыты, а ключи 10 и 11 закры ты. При этом в схеме реализуется отрицательная обратная связь по ошибке положения и демпфирование по ошибке скорости. На второй вход первого: сумматора 12 через открытый ключ 9 65

И)=

Сигнал же L с блока 17 памяти на вход сумматора 12 не поступает,так как ключ 9 закрыт. Закрытие ключа 8 переводит работу схемы в целом в автоколебательный режим. Движение звена при такой структуре схемы управления описывается на основе (2) линейным дифференциальным уравнением

+ е () = ле ®

Й 8(41 а 2

Изображение по Лапласу решения уравнения (3) с учетом ненулевого начального положения L, имеет вид е 1

g(p) = Я(р)+ i (4) р+ ке р+ е

)-1 !-а (р)

Преобразованное по таблице обрат-, ных преобразований Лапласа выражение (4) принимает вид в(н — L1ÔÜÄ. е1 — å 1,0в е.1 Ф

+ „cos — ° + или

О(Ь)=!.1+ . -)-1) 1+зЛа - У (Ь) где

8=А- —

- Г

1 "е (6) поступает с блока 17 памяти запомненный ранее входной сигнал В(г)

При этом звено неподвижно и удерживается в положении .L, Сигнал совпадения с выхода элемента И 18 поступает также на вход пульта 23, индицируя равенство текущего положения звена положению, задаваемому с пульта 23 управления, и давая тем самым разрешение на задание следующего целевого положения. При задании нового целевого входного сигнала L> с первого выхода пульта 23 управления этот сигнал поступает на первый вход элемента И 18, на втором входе которого продолжает действовать сигнал

На выходе элемента И 18 сигнал совпадения сменяется на сигнал несовпадения, в результате чего под действием

,его ключи 8 и 9 закрываются, а ключ

11 открывается. Сигнал с пульта

23 управления и сигнал Ь1 с блока 17 памяти суммируются:;:-. сумматоре 19 и усиливаются масштабирующим усилителем 13 с коэффициентом усиления,равным 0,5, после чего на втором входе первого сумматора 12 сигнал равен

991367

Выражение (5) полностью совпадает с выражением (1), т.е, устройство посредством перестроения структуры сервосистемы автоматически перемещает за указанное время Т по оптимальной траектории (1 ) плавно, без рывка и удара, звено в заданное целевое положение L, причем предварительно го расчета согласно имеющимся величинам „, L, Г и генерирования сложного (1 ) входного сигнала не требуется. 10

Время Г достижения целевого положения L< задается в устройстве одновре- менно с заданием положения L посредством установки соответствующего коэффициента усиления усилителя 3, Как -i5 следует из (6) коэффициент усиления

К, соответствующий времени, равен

Л 3 . (-,) 20

6 " Я

I ..

Сигнал заданного времени поступает с второго выхода пульта 23 управления на вход квадратора 16, с выхода которого сигнал значением 7 по- 3 ступает на первый вход блока 15 деления, на второй вход которого с ис-. точника 14 опорного сигнала поступает сигнал, значение которого равно

7> 3 . Выходной сигнал блока 15 деле- ЗО ,ния, равный (7), поступает íà управ1 ляющий,вход усилителя 3, в результате чего коэффициент усиления усилителя 3 становится равным (7 ), обеспечивая тем cBMblM достижение исполни- 35 тельным механизмом целевого положения Ь за заданное время Y . В Момент достижения . заданного положения L сигнал на втором входе элемента И 18 станет равным L> и будет 40 равен сигналу Lg на первом входе элемента И 18, поступающему с первого выхода пульта 23 управления. На выходе элемента H 18 появится сигнал совпадения, который дифференцируется 45 дифференциатором б и выпрямляется однополупериодным выпрямителем 20-, что позволяет сформировать из переднего фронта сигнала совпадения управляющий импульс. Этот импульс запускает ждущий мультивибратор 21, выходной сигнал которого на короткое время открывает ключ 10, и в блоке 17 памяти записывается заданный сигнал Lg,Îäíoâðåìåíío сигнал совпадения поступает на вход пульта 23 управления, индицируя достижение звеном заданного положения, а также открывает ключи 8 и 9 и через элемент НЕ 22 закрывает ключ 11. Тем самым в устройство вновь вводится демпфирование по ошибке .скорости, а на втором входе сумматора 12 действует заданный сигнал L2. Звено манипулятора в результате этого удерживается в достигнутом целевом положении L<, 65

Применение изобретения позволит упростить устройство за счет исключения из егo состава сложной цифровой вычислительной машины. Одновременно повышается быстродействие устройства, так как при достижении целевого положения по оптимальной траектории не тратится время, как ранее, на подавление переходных процессов, а для движения по оптимальной траектории непосредственно используется сам переи " ходный процесс определенного вида, сформированный посредством соответствующих перестроений структуры устройства.

Формула изобретения

Устройство для управления манилу лятором, содержащее последовательно соединенные первый дифференциатор, первый усилитель и привод, связанный через испо>п>>ительный механизм с датчиком положения, выход которого через последовательно подключенные первый сумматор и второй усилитель соединен с входом привода, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия устройства, оно содержит источник опорного сигнала, первый и второй ключи и последовательно соединенные пульт управления, третий ключ, блок памяти, второй сумматор, третий усилитель и четвертый ключ, последовательно подключенные элемент И, второй дифференциатор, однополупериодный выпрямитель и ждущий мультивибратор, а также последовательно соединенные квадратор и блок деления, второй вход которого подключен к выходу источника опорного сигнала, а выход — к второму входу второго убилителя, первый вход элемента И соединен с выходом датчика положения, второй вход — с первым выходом пульта управления и вторым входом второго сумматора, а выход — с входом пульта управления и элемента НЕ, с первым входом первого ключа и второго ключа, вторым входом подключенного к выходу блока памяти, а выходом — к выходу четвертого ключа и к второму входу первого сумматора, выход которого соединен с вторым входом первого ключа, выходом подключенного к входу первого дифференциатора, выход элемента

НЕ соединен,с вторым входом четвертого ключа, выход ждущего мультивибратора подключен к второму входу третьего ключа, а второй выход пульта управления соединен с входом квадратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Техническая кибернетика. Под ред. В.В. Солодовникова. М., "Машиностроение", 1967, с. 54.

2. Пол Р. Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота-манипулятора. И, "Наука", 1976, с. 62 (прототип).

991367

Составитель Г.Нефедова

Редактор P.Öèöèêà Техред Л.Пекарь Корректор И. Коста

Заказ 130/64 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал.ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4 !