Устройство для управления приводом робота
Изобретение относится к робототехнике и позволяет повысить точность и устойчивость привода при больших скоростях изменения нагрузки в процессе работы манипулятора с учетом электрической постоянной времени двигателя. Сущность изобретения: для формирования необходимых корректирующих сигналов предлагается дополнительно ввести второй датчик 30 ускорения, восьмой 31, девятый 33, десятый 35, одиннадцатый 36, двенадцатый 38 и тринадцатый 40 блоки умножения, квадратор 32, восьмой 34 и девятый 37 сумматоры, а также дифференциатор 39. После коррекции привод становится инвариантным к изменениям параметров нагрузки, а также к моментам сухого и вязкого трения. При этом стабилизируются его динамические свойства и качественные показатели работы. 2 ил.
Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании систем управления приводами роботов.
Известно устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый блок умножения и первый сумматор, последовательно подключенные усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, четвертый сумматор, первый квадратор и второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу третьего блока умножения, а выход к первому входу пятого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого задатчика сигнала, а третьим входом с выходом второго квадратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу шестого сумматора, соединенного выходом с первым входом четвертого блока умножения, а вторым входом с выходом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, соединенного вторым входом с выходом второго задатчика сигнала, выход третьего задатчика сигнала подключен к второму входу третьего сумматора, а выход второго датчика скорости соединен с вторым входом четвертого блока умножения. Кроме того, оно содержит пятый блок умножения, седьмой сумматор и последовательно соединенные релейный блок и восьмой сумматор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, соединенного выходом с входом усилителя, выход первого датчика скорости подключен к входу релейного блока, к второму входу восьмого сумматора и первому входу седьмого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход с первым входом первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу пятого сумматора, первый вход пятого блока умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, второй вход с выходом первого датчика скорости, а выход с третьим входом восьмого сумматора [1] Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено только для конкретного привода конкретного робота. Для приводов других степеней подвижности других роботов (с другой кинематикой) это устройство не будет обеспечивать требуемую точность и устойчивость работы. Известно также устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и двигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, второй вход с вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, а третий вход с выходом релейного элемента, подключенного входом к второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные датчик момента и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, а выход к второму входу первого блока умножения, а также второй датчик положения, второй и третий задатчики сигнала, шестой и седьмой сумматоры, четвертый и пятый блоки умножения. Кроме того, оно содержит первый датчик ускорения, первый и второй функциональные преобразователи, шестой блок умножения и седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго блока умножения, второй вход к выходу второго датчика скорости, а выход к четвертому входу четвертого сумматора, соединенного пятым входом с выходом пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, а второй вход к выходу седьмого сумматора, соединенного первым входом с выходом третьего задатчика сигнала, вторым входом с выходом четвертого блока умножения и вторым входом пятого сумматора, а третьим входом с выходом момента и первым входом шестого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, а выход к первому входу шестого блока умножения и четвертого блока умножения, соединенного вторым входом с выходом первого функционального преобразователя, вход которого подключен к выходу второго датчика положения и входу второго функционального преобразователя, соединенного выходом с вторым входом шестого блока умножения, выход которого подключен к второму входу второго блока умножения [2] Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к изобретению. Недостатком данного устройства является то, что в электроприводе, управляющем рассматриваемой степенью подвижности манипулятора не учитывается, полагаясь малой, электрическая постоянная времени якорной цепи. Однако во многих случаях величина этой постоянной времени достаточно велика и неучет ее не позволяет обеспечить высокую динамическую точность управления. Задачей изобретения является обеспечение высокой точности привода робота с учетом электрической постоянной времени якорной цепи электродвигателя. Технический результат, который достигается при реализации изобретения, выражается в формировании дополнительного форсирующего сигнала управления, подаваемого на вход привода, который точнее компенсирует вредное моментное воздействие со стороны других степеней подвижности робота на качественные показатели работы рассматриваемого устройства. Задача решается тем, что устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и двигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, второй вход с вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, а третий вход с выходом релейного элемента, подключенного входом к второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные датчик момента и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, а выход к второму входу первого блока умножения, а также второй датчик положения, второй и третий задатчики сигнала, шестой и седьмой сумматоры, четвертый и пятый блоки умножения, первый датчик ускорения, первый и второй функциональные преобразователи, шестой блок умножения и седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго блока умножения, второй вход к выходу второго датчика скорости, а выход к четвертому входу четвертого сумматора, соединенного пятым входом с выходом пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, а второй вход к выходу седьмого сумматора, соединенного первым входом с выходом третьего задатчика сигнала, вторым входом с выходом четвертого блока умножения и вторым входом пятого сумматора, а третьим входом с выходом датчика момента и первым входом шестого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, а выход к первому входу шестого блока умножения и четвертого блока умножения, соединенного вторым входом с выходом первого функционального преобразователя, вход которого подключен к выходу второго датчика положения и входу второго функционального преобразователя, соединенного выходом с вторым входом шестого блока умножения, выход которого подключен к второму входу второго блока умножения, дополнительно содержит второй датчик ускорения, установленный на выходном валу двигателя, выход которого подключен к третьему и через восьмой блок умножения к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные квадратор, девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, восьмой сумматор и десятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, а выход к пятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные одиннадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу шестого блока умножения, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом девятого блока умножения, и двенадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с входом квадратора и выходом второго датчика скорости, а его выход с шестым входом третьего сумматора, последовательно соединенные дифференциатор, вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения и второму входу одиннадцатого блока умножения, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом седьмого сумматора, а выход с седьмым входом третьего сумматора, причем вторые входы восьмого блока умножения и восьмого сумматора подключены соответственно к выходам второго и одиннадцатого блоков умножения. За счет введения дополнительных элементов и связей удается обеспечить полную инвариантность привода к эффектам взаимовлияния между степенями подвижности и моментам трения и при наличии электрической постоянной времени якорной цепи электродвигателя. На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для управления приводом робота; на фиг.2 кинематическая схема исполнительного органа робота. Устройство для управления приводом робота содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, усилитель 4 и двигатель 5, связанный с первым датчиком 6 скорости непосредственно и через редуктор 7 с первым датчиком 8 положения, выход которого соединен с первым отрицательным входом третьего сумматора 9, подключенного вторым положительным входом к входу устройства, последовательно соединенные релейный блок 10 и четвертый сумматор 11, второй вход которого соединен с выходом первого датчика 6 скорости и входом релейного блока 10, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала и пятый сумматор 13, второй вход которого соединен с выходом датчика 14 массы, а выход с вторым входом первого блока 2 умножения, последовательно соединенные второй датчик 15 скорости, второй блок 16 умножения и третий блок 17 умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика 6 скорости, а выход с третьим входом четвертого сумматора 11, а также второй датчик 18 положения, причем выход третьего сумматора 9 подключен к первому входу первого сумматора 1, второй вход которого соединен с выходом первого датчика скорости 6, выход четвертого сумматора 11 подключен к второму входу второго сумматора 3. Кроме того, оно содержит последовательно соединенные второй задатчик 19 сигнала, шестой сумматор 20, четвертый блок 21 умножения, второй вход которого через первый функциональный преобразователь 22 соединен с выходом второго датчика 18 положения, седьмой сумматор 23, второй вход которого соединен с выходом третьего задатчика 24 сигнала, и пятый блок 25 умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика 26 ускорения, а выход подключен к четвертому входу четвертого сумматора 11, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь 27, вход которого соединен с входом первого функционального преобразователя 22, и шестой блок 28 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 20, а выход к второму входу второго блока 16 умножения, пятый вход четвертого сумматора 11 подключен к выходу седьмого блока 29 умножения, первый вход которого соединен с выходом второго датчика 15 скорости, а второй вход с выходом второго блока 16 умножения, третий вход пятого сумматора 13 соединен с выходом четвертого блока 21 умножения, третий вход седьмого сумматора 23 подключен к выходу датчика 14 массы и второму входу шестого сумматора 20, второй датчик 30 ускорения, установленный на выходном валу двигателя 5, выход которого подключен к третьему и через восьмой блок 31 умножения к четвертому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные квадратор 32, девятый блок 33 умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока 21 умножения, восьмой сумматора 34 и десятый блок 35 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, а выход к пятому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные одиннадцатый блок 36 умножения, первый вход которого подключен к выходу шестого блока 28 умножения, девятый сумматор 37, второй вход которого соединен с выходом девятого блока 33 умножения и двенадцатый блок 38 умножения, второй вход которого соединен с входом квадратора 32 и выходом второго датчика 15 скорости, а его выход с шестым входом второго сумматора 3, последовательно соединенные дифференциатор 39, вход которого подключен к выходу первого датчика 26 ускорения и второму входу одиннадцатого блока 36 умножения, и тринадцатый блок 40 умножения, второй вход которого соединен с выходом седьмого сумматора 23, а выход с седьмым входом второго сумматора 3. Объект управления 41 механически соединен с выходным валом редуктора 7. На чертежах введены следующие обозначения:







U*, U соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем 5. Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки














MВ= H(q3)



H(q3)= I2+I3+m2l*22+m3l*32+(m3+mг)l22+mгl23 + 2l2(m3l*3+mгl3)cos(q3), h(q3,


MВН [I3+m3l*32+mгl23+(m3l*3+mгl3)l2cosq3]












H*= H/i2р, h*=h/i2р, M*ВН= MВН/ip, h*=



R активное сопротивление якорной цепи двигателя;
I момент инерции якоря двигателя и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу двигателя;
Kм коэффициент крутящегося момента;
K

Кв коэффициент вязкого трения;
ip передаточное отношение редуктора;
Мстр момент сухого трения;
Ку коэффициент усиления усилителя 4;
i ток якоря;








Первый положительный вход сумматора 20 единичный, а задатчик 19 сигнала подает на него сигнал l2l3*m3. Второй положительный вход этого сумматора имеет коэффициент усиления l2l3. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал l2(m3l3* + mгl3). Второй датчик 18 положения измеряет обобщенную координату q3робота, а функциональный преобразователь 22 реализует cos q3. В результате на выходе блока 21 умножения формируется сигнал l2(m3l3* + +mгl3) cos q3. Первый положительный вход сумматора 13 имеет единичный коэффициент усиления, а задатчик 12 сигнала подает на этот вход сигнал
[I + (I2 + I3 + m2l2*2 + m3l22 + m3l3*2)/ip2]/Iн. На второй его положительный вход с коэффициентом усиления (l22 + l32)/(ip2 Iн) датчик 14 массы подает сигнал mг. Третий положительный вход сумматора 13 имеет коэффициент усиления 2/(ip2 Iн). В результате на его выходе формируется сигнал





стороны блока 29 умножения) с коэффициентом усиления 1/ip сигнал l2(m3l*32+mгl23)sin(q3)


[I3+m3l*32+mгl23+l2(m3l*3+mгl3)cos q3]


Uвых10







Второй датчик 30 ускорения измеряет ускорение вращения








l2(m3l*3+mгl3)/cos(q3)


[I3+m3l*32+mгl23+l2(m3l*3+mгl3)cosq3]












Поскольку при движении привода Mтsign

LI





Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2