RU2115539C1 - Robot drive control device - Google Patents
Robot drive control device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2115539C1 RU2115539C1 RU96123003A RU96123003A RU2115539C1 RU 2115539 C1 RU2115539 C1 RU 2115539C1 RU 96123003 A RU96123003 A RU 96123003A RU 96123003 A RU96123003 A RU 96123003A RU 2115539 C1 RU2115539 C1 RU 2115539C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- adder
- multiplication unit
- sensor
- Prior art date
Links
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания систем управления приводами роботов. The invention relates to robotics and can be used to create robot drive control systems.
Известно 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 со входом устройства, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, второй вход которого соединен со вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, а третий вход - с выходом релейного элемента, подключенного входом ко второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика сигнала, а выход - ко второму входу первого блока умножения, а также второй датчик положения, второй и третий задатчик сигнала, шестой и седьмой сумматоры, четвертый и пятый блоки умножения, датчик ускорения, первый функциональный преобразователь, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь и шестой блок умножения, а также 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 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 массы и первым входом шестого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, а выход - ко второму входу шестого блока умножения и первому входу четвертого блока умножения, соединенного вторым входом с выходом первого функционального преобразователя, вход которого подключен к выходу второго датчика положения и входу второго функционального преобразователя, а выход шестого блока умножения соединен со вторым входом второго блока умножения (см. авт. св. СССР N 1816684, БИ N 19, 1993). A device for controlling a robot drive is known, comprising a first adder, a second adder, a first multiplication unit, a third adder, an amplifier and an engine connected directly to the first speed sensor and through a gearbox with a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the first adder, connected by a second input to the input of the device, a second speed sensor, a second multiplication unit, a third multiplication unit and a fourth adder, the second input of which with it is single with the second input of the second adder and the output of the first speed sensor, and the third input is with the output of the relay element connected to the second input of the third multiplication unit and the output of the first speed sensor, the mass sensor and the fifth adder connected in series, the second input of which is connected to the output of the first signal pickup, and the output to the second input of the first multiplication unit, as well as a second position sensor, a second and third signal pickup, sixth and seventh adders, the fourth and fifth multiplication blocks, the sensor is accelerated ia, the first functional converter, the second functional converter and the sixth multiplication unit connected in series, as well as the seventh multiplication unit, the first input of which is connected to the output of the second multiplication unit, the second input to the output of the second speed sensor, and the output to the fourth input of the fourth adder connected the fifth input with the output of the fifth multiplication block, the first input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the second input to the output of the seventh adder, connected by the first input to the output of the third a signal detector, the second input - with the output of the fourth multiplication block and the second input of the fifth adder, and the third input with the output of the mass sensor and the first input of the sixth adder, the second input of which is connected to the output of the second signal generator, and the output - to the second input of the sixth multiplication unit and the first input of the fourth multiplication unit, connected by the second input to the output of the first functional converter, the input of which is connected to the output of the second position sensor and the input of the second functional converter, and the output is six o multiplication block is connected to the second input of the second multiplication block (see author St. USSR N 1816684, BI N 19, 1993).
Недостаток известного решения заключается в отсутствии инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, т.к. в данном устройстве рассматривается другая схема робота. A disadvantage of the known solution is the lack of invariance of the dynamic properties of the electric drive to continuous and rapid changes in its moment load characteristics, because This device considers another robot circuit.
Известно также устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом со входом устройства, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, второй вход которого соединен со вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, а третий вход с выходом релейного элемента, подключенного входом ко второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные датчики массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, а выход - ко второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, первый функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика постоянного сигнала, пятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика ускорения, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и шестой блок умножения, второй вход которого через второй функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, а выход - ко второму входу блока умножения, причем второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом седьмого сумматора, его выход - с третьим входом пятого сумматора, третий вход шестого сумматора соединен с выходом датчика массы, пятый вход четвертого сумматора через седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и восьмой блок умножения, второй вход которого через третий функциональный преобразователь соединен с выходом первого датчика положения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков положения, четвертый функциональный преобразователь и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора (см. патент РФ N 2041054, БИ N 22, 1995). A device for controlling a robot drive is also known, comprising a first adder, a second adder, a first multiplication unit, a third adder, a first amplifier and an electric motor connected directly to the first speed sensor and through a gearbox with a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the first an adder connected by a second input to the input of the device, a second speed sensor, a second multiplication unit, a third multiplication unit and a fourth adder connected in series, w The second input of which is connected to the second input of the second adder and the output of the first speed sensor, and the third input with the output of the relay element connected by the input to the second input of the third multiplication unit and the output of the first speed sensor, series-connected mass sensors and the fifth adder, the second input of which is connected to the output of the first constant signal generator, and the output to the second input of the first multiplication unit, the second position sensor, the first functional converter, and the fourth block connected in series multiplication, the sixth adder, the second input of which is connected to the output of the second constant signal generator, the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the output - with the fourth input of the fourth adder, the third constant signal generator connected in series, the seventh adder, the second input which is connected to the output of the mass sensor and the sixth multiplication unit, the second input of which through the second functional converter is connected to the output of the second position sensor, and the output to the second input of the unit multiplication, with the second input of the fourth multiplication unit connected to the output of the seventh adder, its output to the third input of the fifth adder, the third input of the sixth adder connected to the output of the mass sensor, the fifth input of the fourth adder through the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second multiplication unit, connected to the output of the second speed sensor, connected in series with the fourth constant signal generator, the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor and the eighth unit is clever the second input of which through the third functional converter is connected to the output of the first position sensor, and its output is connected to the sixth input of the fourth adder, the ninth adder is connected in series, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second position sensors, the fourth functional converter and the ninth multiplication block, the second input of which is connected to the output of the seventh adder, and the output to the seventh input of the fourth adder (see RF patent N 2041054, BI N 22, 1995).
Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению. This device in its technical essence is the closest to the proposed invention.
Однако в этом устройстве не учитываются моментные воздействия на привод при повороте руки робота вокруг вертикальной оси. Поэтому устройство-прототип нельзя использовать для обеспечения высокого качества управления, когда рука робота осуществляет повороты вокруг вертикальной оси. В этом случае возникающие при повороте робота вокруг вертикальной оси моменты должны быть обязательно учтены и должны быть сформированы дополнительные сигналы управления, обеспечивающие компенсацию вредных дополнительных моментных воздействий на рассматриваемый следящий привод. However, this device does not take into account the momentary effects on the drive when the robot arm is rotated around a vertical axis. Therefore, the prototype device cannot be used to provide high quality control when the robot arm rotates around a vertical axis. In this case, the moments arising when the robot rotates around the vertical axis must be taken into account and additional control signals must be generated that provide compensation for harmful additional momentary effects on the servo drive under consideration.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик и, тем самым, повышение динамической точности управления. The technical problem to which the claimed technical solution is directed is to ensure complete invariance of the dynamic properties of the electric drive to continuous and rapid changes in its dynamic moment load characteristics and, thereby, increase the dynamic control accuracy.
Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход привода, который обеспечивает получение дополнительного моментного воздействия, компенсирующего вредное моментное воздействие со стороны первой поворотной степени подвижности (см. координату q1) на качественные показатели работы рассматриваемого привода.The technical result that can be obtained by implementing the claimed technical solution is expressed in the formation of an additional control signal supplied to the input of the drive, which provides an additional moment effect compensating for the harmful moment effect from the side of the first rotary degree of mobility (see coordinate q 1 ) on quality indicators of the drive under consideration.
Поставленная задача решается тем, что устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом со входом устройства, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, второй вход которого соединен со вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, а третий вход - с выходом релейного элемента, подключенного входом ко второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, а выход - ко второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, первый функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика постоянного сигнала, пятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика ускорения, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и шестой блок умножения, второй вход которого через второй функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, а выход - ко второму входу блок умножения, причем второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом седьмого сумматора, его выход - с третьим входом пятого сумматора, третий вход шестого сумматора соединен с выходом датчика массы, пятый вход четвертого сумматора через седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и восьмой блок умножения, второй вход которого через третий функциональный преобразователь соединен с выходом первого датчика положения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков положения, четвертый функциональный преобразователь и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора, отличается тем, что в него дополнительно вводятся последовательно соединенные второй усилитель, пятый функциональный преобразователь, десятый блок умножения, десятый сумматор и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого через квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к восьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик постоянного сигнала, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, второй вход которого через последовательно соединенные третий усилитель и шестой функциональный преобразователь подключен к выходу девятого сумматора, а его выход - ко второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные двенадцатый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго датчика положения и второго усилителя, седьмой функциональный преобразователь и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а его выход - к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные шестой задатчик постоянного сигнала и тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора и выходу датчика массы, а его выход - ко второму входу десятого блока умножения, причем вход второго усилителя соединен с выходом первого датчика положения. The problem is solved in that the device for controlling the robot drive, comprising a series-connected first adder, second adder, first multiplication unit, third adder, first amplifier and electric motor connected directly to the first speed sensor and through a gearbox with the first position sensor, the output of which is connected to the first input of the first adder connected by the second input to the input of the device, a second speed sensor, a second multiplication unit, a third multiplication unit, and the fourth adder, the second input of which is connected to the second input of the second adder and the output of the first speed sensor, and the third input is the output of the relay element connected by the input to the second input of the third multiplication unit and the output of the first speed sensor, the mass sensor and the fifth adder connected in series, the second whose input is connected to the output of the first constant signal generator, and the output to the second input of the first multiplication unit, the second position sensor connected in series, the first functional transform atelier, fourth multiplication unit, sixth adder, the second input of which is connected to the output of the second constant signal generator, the fifth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the output - with the fourth input of the fourth adder, the third constant signal generator connected in series, seventh an adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor and the sixth multiplication unit, the second input of which is connected through the second functional converter to the output of the second position sensor, and the output d - to the second input of the multiplication unit, the second input of the fourth multiplication unit connected to the output of the seventh adder, its output to the third input of the fifth adder, the third input of the sixth adder connected to the output of the mass sensor, the fifth input of the fourth adder through the seventh multiplication unit, the second input which is connected to the output of the second multiplication unit, connected to the output of the second speed sensor, connected in series with a fourth constant signal generator, an eighth adder, the second input of which is connected to the output of the mas sensor sys and the eighth multiplication unit, the second input of which is connected through the third functional converter to the output of the first position sensor, and its output - to the sixth input of the fourth adder, the ninth adder connected in series, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second position sensors, the fourth functional converter and the ninth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the seventh adder, and the output to the seventh input of the fourth adder, characterized in that it is additionally introduced in series with the second amplifier, the fifth functional converter, the tenth multiplication unit, the tenth adder and the eleventh multiplication unit, the second input of which is connected through the quadrator to the output of the third speed sensor, and the output to the eighth input of the fourth adder, the fifth constant signal adjuster connected in series , the eleventh adder and the twelfth multiplication unit, the second input of which is connected through a third amplifier and a sixth functional conversion The drive is connected to the output of the ninth adder, and its output is to the second input of the tenth adder, the twelfth adder is connected in series, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the second position sensor and the second amplifier, the seventh functional converter and the thirteenth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the seventh adder, and its output to the third input of the tenth adder, the sixth constant signal generator and the thirteenth adder connected in series, the second od which is connected to the second input of the adder and the output of the eleventh mass sensor, and its output - to the second input of the tenth multiplier, the input of the second amplifier is connected to the output of the first position sensor.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с известными аналогами и прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". A comparative analysis of the proposed technical solution with known analogues and prototype shows that the claimed device meets the criterion of "novelty."
Заявленная совокупность признаков, приведенная в отличительной части формулы позволяет обеспечить полную инвариантность привода к эффектам взаимовлияния между степенями подвижности и моментом трения, что, в свою очередь, позволяет получить высокое качество управления в любых режимах работы привода. The claimed combination of features, given in the distinctive part of the formula, allows to ensure complete drive invariance to the effects of mutual influence between the degrees of mobility and the friction moment, which, in turn, allows to obtain high quality control in any drive operation modes.
Блок-схема предлагаемого устройства для управления приводом робота представлена на фиг. 1. На фиг. 2 представлена кинематическая схема исполнительного органа робота. A block diagram of a device for controlling a robot drive is shown in FIG. 1. In FIG. 2 is a kinematic diagram of a robot actuator.
Устройство для управления приводом робота содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, второй сумматор 2, первый блок 3 умножения, третий сумматор 4, первый усилитель 5 и электродвигатель 6, связанный непосредственно с первым датчиком 7 скорости и через редуктор 8 с первым датчиком 9 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные второй датчик 10 скорости, второй блок 11 умножения, третий блок 12 умножения и четвертый сумматор 13, второй вход которого соединен со вторым входом второго сумматора 2 и выходом первого датчика 7 скорости, а третий вход - с выходом релейного элемента 14, подключенного входом ко второму входу третьего блока 12 умножения и выходу первого датчика 7 скорости, последовательно соединенные датчик 15 массы и пятый сумматор 16, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика 17 постоянного сигнала, а выход - к второму входу первого блока 3 умножения, последовательно соединенные второй датчик 18 положения, первый функциональный преобразователь 19, четвертый блок 20 умножения, шестой сумматор 21, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика 22 постоянного сигнала, пятый блок 23 умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика 24 ускорения, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора 13, последовательно соединенные третий задатчик 25 постоянного сигнала, седьмой сумматор 26, второй вход которого подключен к выходу датчика 15 массы, и шестой блок 27 умножения, второй вход которого через второй функциональный преобразователь 28 подключен к выходу второго датчика 18 положения, а выход - к второму входу блока 11 умножения, причем второй вход четвертого блока 20 умножения соединен с выходом седьмого сумматора 26, его выход - с третьим входом пятого сумматора 16, третий вход шестого сумматора 21 соединен с выходом датчика 15 массы, пятый вход четвертого сумматора 13 через седьмой блок 29 умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока 11 умножения, подключен к выходу второго датчика 10 скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик 30 постоянного сигнала, восьмой сумматор 31, второй вход которого подключен к выходу датчика 15 массы и восьмой блок 32 умножения, второй вход которого через третий функциональный преобразователь 33 соединен с выходом первого датчика 9 положения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора 13, последовательно соединенные девятый сумматор 34, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого 9 и второго 18 датчиков положения, четвертый функциональный преобразователь 35 и девятый блок 36 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 26, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора 23, последовательно соединенные второй усилитель 37, пятый функциональный преобразователь 38, десятый блок 39 умножения, десятый сумматор 40 и одиннадцатый блок 41 умножения, второй вход которого через квадратор 42 подключен к выходу третьего датчика 43 скорости, а выход - к восьмому входу четвертого сумматора 13, последовательно соединенные пятый задатчик 44 постоянного сигнала, одиннадцатый сумматор 45 и двенадцатый блок 46 умножения, второй вход которого через последовательно соединенные третий усилитель и шестой функциональный преобразователь 48 подключен к выходу девятого сумматора 34, а его выход - ко второму входу десятого сумматора 40, последовательно соединенные двенадцатый сумматор 49, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго датчика 18 положения и второго усилителя 37, седьмой функциональный преобразователь 50 и тринадцатый блок 51 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 26, а его выход - к третьему входу десятого сумматора 40, последовательно соединенные шестой задатчик 52 постоянного сигнала и тринадцатый сумматор 53, второй вход которого подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора 45 и выходу датчика 15 массы, а его выход - ко второму входу десятого блока 39 умножения, причем вход второго усилителя 37 соединен с выходом первого датчика 9 положения. Объект управления 54. The device for controlling the robot drive contains serially connected the first adder 1, the second adder 2, the
На рисунках введены следующие обозначения:
αвх - сигнал желаемого положения;
q1, q2, q3 - соответствующие обобщенные координаты исполнительного органа робота;
- скорости изменения соответствующих обобщенных координат;
ε - ошибка привода (величина рассогласования);
m1, m2, m3, mг - соответственно массы первого, второго, третьего звеньев исполнительного органа и захваченного груза;
l
l2, l3 - длины соответствующих звеньев;
- скорость вращения ротора двигателя;
U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем 6.The following notation is introduced in the figures:
α I - signal of the desired position;
q 1 , q 2 , q 3 - the corresponding generalized coordinates of the executive body of the robot;
- the rate of change of the corresponding generalized coordinates;
ε is the drive error (mismatch value);
m 1 , m 2 , m 3 , m g - respectively, the mass of the first, second, third links of the executive body and the cargo captured
l
l 2 , l 3 - the length of the corresponding links;
- the speed of rotation of the rotor of the engine;
U * , U - respectively, the amplified signal and the engine control signal 6.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Сигнал ошибки ε на выходе сумматора 1 после коррекции в блоках 2 - 4, усиливаясь, поступает на электродвигатель 6, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U, моментов трения и внешнего моментного воздействия Mb. Электропривод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния степеней подвижности исполнительного органа, обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает качественные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы.The error signal ε at the output of the adder 1 after correction in blocks 2 - 4, amplifying, enters the electric motor 6, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration), depending on the magnitude of the incoming signal U, the friction moments and the external torque M b . The electric drive when working with various loads, as well as due to the mutual influence of the degrees of mobility of the executive body, has variable torque characteristics, which can vary widely. This reduces the quality indicators of the electric drive and even leads to a loss of stability of its operation.
Рассматриваемый привод управляет обобщенной координатой q2. Конструкция работа (см. фиг. 2) является наиболее типовой для отечественных и зарубежных промышленных роботов.The drive in question controls the generalized coordinate q 2 . The design work (see Fig. 2) is the most typical for domestic and foreign industrial robots.
Моментные характеристики привода, управляющего координатой q2, существенно зависят от изменения координат и mr. В связи с этим для качественного управления координатой q2 необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат а также переменной массы груза mr на динамические свойства рассматриваемого привода поворота (координата q2).The moment characteristics of the drive controlling the coordinate q 2 substantially depend on the change in coordinates and m r . In this regard, for quality control of the q 2 coordinate, it is necessary to precisely compensate for the negative influence of the coordinate change as well as the variable mass of the cargo m r on the dynamic properties of the rotation drive in question (coordinate q 2 ).
Для определения моментных воздействий на рассматриваемый привод (обобщенных моментов неконсервативных сил) воспользуемся уравнением Лагранжа II рода. Кинетическая энергия T всех движущихся масс исполнительного органа (фиг.2) представляется в виде
где JSi, JNi(i=1,3) - соответственно моменты инерции относительно продольной и поперечной осей, проходящих через центр масс звена i.To determine the momentary effects on the drive in question (generalized moments of non-conservative forces), we use the Lagrange equation of the second kind. The kinetic energy T of all moving masses of the executive body (figure 2) is presented in the form
where J Si , J Ni (i = 1,3) - respectively, the moments of inertia relative to the longitudinal and transverse axes passing through the center of mass of the link i.
Потенциальная энергия имеет вид
где g - ускорение свободного падения.Potential energy has the form
where g is the acceleration of gravity.
Учитывая, что
на основании уравнений Лагранжа II рода можно записать, что моментное воздействие на выходной вал привода, управляющего координатой g2, при движении робота (фиг.2) с грузом имеет вид
где
(2)
С учетом соотношений (1) и (2), а также уравнений электрической U = iR+Kωα2 и механической цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый привод, управляющий координатой g2, можно описать следующим дифференциальным уравнением
(3)
где H*= H/i
based on the Lagrange equations of the second kind, it can be written that the momentary effect on the output shaft of the drive controlling the coordinate g 2 when the robot moves (figure 2) with a load has the form
Where
(2)
Taking into account relations (1) and (2), as well as the equations of electric U = iR + K ω α 2 and mechanical DC motor circuits with permanent magnets or independent excitation, the drive in question, which controls the coordinate g 2 , can be described by the following differential equation
(3)
where H * = H / i
Из (3) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, и параметры привода, управляющего координатой g2 являются существенно переменными, зависящими от величин и mг. В результате в процессе работы привода меняются (притом существенно) его динамические свойства. В результате для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры привода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными параметрами.From (3) it can be seen that the parameters of this equation, and therefore the parameters of the drive controlling the coordinate g 2, are essentially variable, depending on the quantities and m g . As a result, during the operation of the drive, its dynamic properties change (and substantially). As a result, for the implementation of the above task, it is necessary to form such a corrective device that would stabilize the drive parameters so that it is described by a differential equation with constant parameters.
Полагается, что первый положительный вход сумматора 2 (со стороны сумматора I) единичный, а его второй отрицательный вход имеет коэффициент усиления Kω/Kу. Следовательно, на выходе сумматора 2 формируется сигнал
Первый вход сумматора 26 единичный, а задатчик 25 сигнала подает на него сигнал l2l
Второй датчик 18 положения измеряет обобщенную координату g3 робота, а функциональный преобразователь 19 реализует cos g3. В результате на выходе блока 20 умножения формируется сигнал
l2(m3l
Второй вход сумматора 16 имеет единичный коэффициент усиления, а задатчик 17 сигнала подает на этот вход сигнал
[J+(J2+J3+m2l
На первый его вход с коэффициентом усиления (l
Датчик 10 скорости измеряет скорость изменения обобщенной координаты g3 и, как и датчик 18 положения, установлен в третьей степени подвижности робота. В результате на первый отрицательный вход сумматора 13 (со стороны блока 12 умножения) с коэффициентом усиления 2/i
Первый и второй входы сумматора 21 (соответственно со стороны блока 20 умножения и задатчика 22 сигнала) имеют единичные коэффициенты усиления, а его третий вход - коэффициент усиления l
Выходной сигнал релейного элемента 14 с нулевой нейтральной точкой имеет вид
где Mт - величина момента сухого трения при движении.It is believed that the first positive input of adder 2 (from the adder I side) is single, and its second negative input has a gain K ω / K у . Therefore, at the output of adder 2, a signal is generated
The first input of the adder 26 is single, and the signal setter 25 supplies a signal l 2 l
The second position sensor 18 measures the generalized coordinate g 3 of the robot, and the functional converter 19 implements cos g 3 . As a result, a signal is generated at the output of the multiplication unit 20
l 2 (m 3 l
The second input of the adder 16 has a unity gain, and the signal setter 17 supplies a signal to this input
[J + (J 2 + J 3 + m 2 l
At its first input with a gain (l
The speed sensor 10 measures the rate of change of the generalized coordinate g 3 and, like the position sensor 18, is installed in the third degree of robot mobility. As a result, at the first negative input of the adder 13 (from the side of the multiplication block 12) with a gain of 2 / i
The first and second inputs of the adder 21 (respectively, from the side of the multiplication unit 20 and the signal setter 22) have unit gains, and its third input has a gain l
The output signal of the relay element 14 with a zero neutral point has the form
where M t - the value of the moment of dry friction during movement.
Первый и второй положительные входы сумматора 34 имеют единичные коэффициенты усиления, а функциональный преобразователь 35 реализует функциональную зависимость sin(g2+g3). В результате на выходе блока 36 умножения формируется сигнал l2(m3l
Задатчик 30 постоянного сигнала вырабатывает сигнал m2l
Второй 37 и третий 47 усилители имеют коэффициенты усиления, равные 2. Пятый 38, шестой 48 и седьмой 50 функциональные преобразователи реализуют функцию sin. В результате на выходе тринадцатого блока 51 умножения формируется сигнал l2(m3l
Пятый задатчик 44 постоянного сигнала вырабатывает сигнал JN3-JS3+m3l
Первый (со стороны задатчика 44) положительный вход одиннадцатого сумматора 45 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления, равный l
Первый (со стороны шестого задатчика 52 постоянного сигнала) положительный вход тринадцатого сумматора 53 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления, равный l
Первый (со стороны блока 39 умножения) и второй (со стороны блока 46 умножения) положительные входы десятого сумматора 40 имеют единичные коэффициенты усиления, а его третий положительный вход коэффициент усиления, равный 2.The second 37 and third 47 amplifiers have amplification factors equal to 2. Fifth 38, sixth 48 and seventh 50 functional converters implement the sin function. As a result, at the output of the thirteenth multiplication block 51, a signal l 2 (m 3 l
The fifth constant signal master 44 generates a signal J N3 -J S3 + m 3 l
The first (from the side of the setter 44) positive input of the eleventh adder 45 has a unity gain, and its second positive input is a gain equal to l
The first (from the side of the sixth constant signal adjuster 52) the positive input of the thirteenth adder 53 has a unity gain, and its second positive input has a gain of l
The first (from the side of the multiplication block 39) and the second (from the side of the multiplication block 46) positive inputs of the tenth adder 40 have unity gain, and its third positive input has a gain of 2.
Третий датчик 43 скорости измеряет скорость вращения первой степени подвижности робота (координата g1). В результате на выходе одиннадцатого блока 41 умножения формируется сигнал
Восьмой отрицательный вход четвертого сумматора 13 имеет коэффициент усиления, равный 1/2ip.The third speed sensor 43 measures the speed of rotation of the first degree of mobility of the robot (coordinate g 1 ). As a result, a signal is generated at the output of the eleventh multiplication block 41
The eighth negative input of the fourth adder 13 has a gain equal to 1 / 2i p .
Исходя из отмеченного, на выходе сумматора 13 формируется сигнал,
Первый положительный вход сумматора 4 (со стороны блока 3 умножения) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления R/(KмKу). В результате на выходе сумматора 4 формируется сигнал U*, равный
Поскольку при движении привода достаточно точно соответствует Mстр, то сигнал U* (4), как несложно убедиться, обеспечивает превращение уравнения (3) с существенно переменными параметрами, в уравнение с постоянными желаемыми параметрами, обеспечивающими приводу заданные динамические свойства и качественные показатели,
Таким образом, за счет дополнительного введения второго 37 и третьего 47 усилителей, пятого 38, шестого 48 и седьмого 50 функциональных преобразователей, десятого 39, одиннадцатого 41, двенадцатого 46 и тринадцатого 51 блоков умножения, десятого 40, одиннадцатого 45, двенадцатого 49 и тринадцатого 53 сумматоров, квадратора 42, третьего датчика 43 скорости, пятого 44 и шестого 52 задатчиков постоянного сигнала удалось обеспечить полную инвариантность привода к эффектам взаимовлияния между степенями подвижности и моментом трения. Это позволяет получить стабильно высокое качество управления в любых режимах работы привода.Based on the above, at the output of the adder 13 a signal is generated,
The first positive input of the adder 4 (from the side of the multiplication block 3) has a unity gain, and its second positive input has a gain R / (K m K y ). As a result, at the output of the adder 4, a signal U * equal to
Because when driving quite accurately corresponds to M p , then the signal U * (4), as you can easily see, ensures the conversion of equation (3) with substantially variable parameters into an equation with constant desired parameters that provide the drive with the specified dynamic properties and quality indicators,
Thus, due to the additional introduction of the second 37 and third 47 amplifiers, the fifth 38, sixth 48 and seventh 50 functional converters, tenth 39, eleventh 41, twelfth 46 and thirteenth 51 multiplication blocks, tenth 40, eleventh 45, twelfth 49 and thirteenth 53 adders, a quadrator 42, a third speed sensor 43, a fifth 44 and a sixth 52 constant signal generator managed to ensure complete invariance of the drive to the effects of mutual influence between the degrees of mobility and the moment of friction. This allows you to get a consistently high quality control in all operating modes of the drive.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96123003A RU2115539C1 (en) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | Robot drive control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96123003A RU2115539C1 (en) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | Robot drive control device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2115539C1 true RU2115539C1 (en) | 1998-07-20 |
RU96123003A RU96123003A (en) | 1998-12-27 |
Family
ID=20187814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96123003A RU2115539C1 (en) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | Robot drive control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2115539C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2162792C1 (en) * | 1999-12-21 | 2001-02-10 | Дальневосточный государственный технический университет | Gear controlling drive of robot |
RU2164859C2 (en) * | 1999-05-19 | 2001-04-10 | Дальневосточный государственный технический университет | Apparatus for controlling robot drive mechanism |
RU2189306C2 (en) * | 2000-11-17 | 2002-09-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Apparatus for controlling drive mechanism of robot |
RU2193480C1 (en) * | 2002-01-25 | 2002-11-27 | Дальневосточный государственный технический университет | Device controlling robot drive |
RU2214327C1 (en) * | 2002-06-04 | 2003-10-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Apparatus for controlling drive system of robot |
RU2230349C2 (en) * | 2002-04-16 | 2004-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Control apparatus for controlling manipulator of robot |
RU2372185C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-11-10 | Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН | Self-tuning electric drive of manipulation robot |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2146801A (en) * | 1983-09-16 | 1985-04-24 | Emi Plc Thorn | Control of robots |
US4815007A (en) * | 1984-12-20 | 1989-03-21 | Seiko Epson Corporation | Apparatus for controlling a robot |
US5103404A (en) * | 1985-12-06 | 1992-04-07 | Tensor Development, Inc. | Feedback for a manipulator |
RU2028930C1 (en) * | 1992-09-23 | 1995-02-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Device for controlling the robot drive |
RU2028931C1 (en) * | 1992-09-23 | 1995-02-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Device for controlling the robot drive |
RU2034695C1 (en) * | 1992-07-21 | 1995-05-10 | Дальневосточный государственный технический университет | Variable structure control system |
RU2041054C1 (en) * | 1992-12-23 | 1995-08-09 | Дальневосточный государственный технический университет | Robot drive control device |
-
1996
- 1996-12-03 RU RU96123003A patent/RU2115539C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2146801A (en) * | 1983-09-16 | 1985-04-24 | Emi Plc Thorn | Control of robots |
US4815007A (en) * | 1984-12-20 | 1989-03-21 | Seiko Epson Corporation | Apparatus for controlling a robot |
US5103404A (en) * | 1985-12-06 | 1992-04-07 | Tensor Development, Inc. | Feedback for a manipulator |
RU2034695C1 (en) * | 1992-07-21 | 1995-05-10 | Дальневосточный государственный технический университет | Variable structure control system |
RU2028930C1 (en) * | 1992-09-23 | 1995-02-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Device for controlling the robot drive |
RU2028931C1 (en) * | 1992-09-23 | 1995-02-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Device for controlling the robot drive |
RU2041054C1 (en) * | 1992-12-23 | 1995-08-09 | Дальневосточный государственный технический университет | Robot drive control device |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2164859C2 (en) * | 1999-05-19 | 2001-04-10 | Дальневосточный государственный технический университет | Apparatus for controlling robot drive mechanism |
RU2162792C1 (en) * | 1999-12-21 | 2001-02-10 | Дальневосточный государственный технический университет | Gear controlling drive of robot |
RU2189306C2 (en) * | 2000-11-17 | 2002-09-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Apparatus for controlling drive mechanism of robot |
RU2193480C1 (en) * | 2002-01-25 | 2002-11-27 | Дальневосточный государственный технический университет | Device controlling robot drive |
RU2230349C2 (en) * | 2002-04-16 | 2004-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Control apparatus for controlling manipulator of robot |
RU2214327C1 (en) * | 2002-06-04 | 2003-10-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Apparatus for controlling drive system of robot |
RU2372185C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-11-10 | Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН | Self-tuning electric drive of manipulation robot |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2066626C1 (en) | Robot drive control device | |
RU2028931C1 (en) | Device for controlling the robot drive | |
RU2394674C2 (en) | Self-adaptive electric drive of robot | |
RU2079867C1 (en) | Device for control of robot drive | |
RU2115539C1 (en) | Robot drive control device | |
RU2325268C1 (en) | Control of robotic machine drive | |
RU2028930C1 (en) | Device for controlling the robot drive | |
RU2209719C1 (en) | Device for control of robot drive | |
RU2272312C1 (en) | Arrangement for controlling of the drive of a robot | |
RU2312007C1 (en) | Robot drive control apparatus | |
RU2187426C2 (en) | Self-adaptive electric drive of robot | |
RU2335389C2 (en) | Robot drive control device | |
RU2228257C1 (en) | Apparatus for controlling drive unit of robot | |
RU2147276C1 (en) | Robot drive control device | |
RU2193480C1 (en) | Device controlling robot drive | |
RU2208242C1 (en) | Self-adjusting electric drive of robot | |
RU2359306C2 (en) | Self-adapting electric drive of robot | |
RU2258601C1 (en) | Robot's drive control unit | |
RU2063866C1 (en) | Device to control drive of robot | |
RU2057001C1 (en) | Device for controlling robot drive | |
RU2054350C1 (en) | Device for controlling robot drive | |
RU2277258C1 (en) | Self-adjusting electric motor for a robot | |
RU2212329C1 (en) | Device for control of robot drive | |
RU2041054C1 (en) | Robot drive control device | |
RU2163190C1 (en) | Device for control of robot drive |