[go: up one dir, main page]

RU2394674C2 - Self-adaptive electric drive of robot - Google Patents

Self-adaptive electric drive of robot Download PDF

Info

Publication number
RU2394674C2
RU2394674C2 RU2008131633/02A RU2008131633A RU2394674C2 RU 2394674 C2 RU2394674 C2 RU 2394674C2 RU 2008131633/02 A RU2008131633/02 A RU 2008131633/02A RU 2008131633 A RU2008131633 A RU 2008131633A RU 2394674 C2 RU2394674 C2 RU 2394674C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
adder
input
output
sensor
robot
Prior art date
Application number
RU2008131633/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008131633A (en
Inventor
Владимир Федорович Филаретов (RU)
Владимир Федорович Филаретов
Original Assignee
Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН) filed Critical Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН)
Priority to RU2008131633/02A priority Critical patent/RU2394674C2/en
Publication of RU2008131633A publication Critical patent/RU2008131633A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2394674C2 publication Critical patent/RU2394674C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to robotics and can be used for development of robot drive control systems. Proposed electric drive comprises first adder, first multiplicator, second adder, amplifier directly connected with first speed transducer and, via reduction gear, with gear wheel. Rack is fixed on robot horizontal link. First position transducer is arranged on vertical link to measure position of reference point on horizontal link relative to that on vertical link. Electric drive comprises relay unit and third adder with its second input connected to output of first speed transducer, relay unit input and second input of first adder. Position transducer output is connected with first input of seventh adder with its second input connected to electric drive input. Output of third adder is connected with second input of second adder. Output of weight transducer is connected with second inputs of first and second multipliers, while output of first position transducer is connected with second input of fourth adder.
EFFECT: high dynamic precision of drive control for said robot axis.
3 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании систем управления приводами роботов.The invention relates to robotics and can be used to create robot drive control systems.

Известен самонастраивающийся электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на горизонтальном звене робота, и движок первого датчика положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтального звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, пятый сумматор, к второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, шестой сумматор и третий блок умножения, а также датчик массы, причем выход датчика положения соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к входу электропривода, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, выходом подключенного к третьему отрицательному входу третьего сумматора, выход датчика массы соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выход датчика положения соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу шестого сумматора, а выход первого сумматора соединен с третьим входом второго сумматора (см. патент РФ №2037173, БИ №16, 1995 г.).A self-adjusting robot electric drive is known, comprising a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an engine connected to the first speed sensor directly and through a reducer, with a gear driving a rail fixed stationary on the horizontal link of the robot, and the engine of the first a position sensor mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, connected in series a line unit and a third adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the second input of the first adder, the first signal master, the fourth adder, the fifth adder, the second input of which is connected to the second signal master, the second multiplication unit, the sixth adder and the third multiplication unit, as well as the mass sensor, the output of the position sensor connected to the first input of the seventh adder connected to the input of the second input of the drive, and the output to the first input at the first adder, the output of the third adder is connected to the second input of the second adder, the second speed sensor and a quadrator are connected in series, the output of which is connected to the second input of the third multiplication unit, the output connected to the third negative input of the third adder, the output of the mass sensor is connected to the second inputs of the first and of the second multiplication blocks, the output of the position sensor is connected to the second input of the fourth adder, the output of which is connected to the second input of the sixth adder, and the output of the first adder is connected nen to a third input of the second adder (cm. RF patent No. 2037173, BI No. 16, 1995).

Недостатком этого устройства является то, что оно эффективно только для исполнительного органа робота, имеющего три степени подвижности (выдвижение руки, поворот вертикальной стойки и вертикальное перемещение руки). Однако при этих трех степенях подвижности у робота мала рабочая зона (зона обслуживания).The disadvantage of this device is that it is effective only for the executive body of the robot, which has three degrees of mobility (extension of the arm, rotation of the upright and vertical movement of the arm). However, with these three degrees of mobility, the robot has a small working area (service area).

Известен также самонастраивающийся электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на горизонтальном звене робота, и движок первого датчика положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтально звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, пятый сумматор, к второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, шестой сумматор и третий блок умножения, а также датчик массы, причем выход датчика положения соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к входу электропривода, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, выходом подключенного к третьему входу третьего сумматора, выход датчика массы соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выход датчика положения соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу шестого сумматора, а выход первого сумматора соединен с третьим входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика ускорения, и пятый блок умножения, выход которого соединен с четвертым входом третьего сумматора, а также последовательно соединенные третий задатчик сигнала и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а выход - ко второму входу пятого блока умножения (см. патент РФ №2187426, БИ №23, 2002 г.).A self-adjusting robot electric drive is also known, comprising a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an engine connected to the first speed sensor directly and through a reducer, with a gear driving a rail fixed to the horizontal link of the robot, and an engine the first position sensor mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, connected in series e relay unit and a third adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the second input of the first adder, the first signal master, the fourth adder, the fifth adder connected to the second input of the second signal master, the second multiplication unit , the sixth adder and the third multiplication unit, as well as the mass sensor, and the output of the position sensor is connected to the first input of the seventh adder connected by the second input to the input of the drive, and the output to the first during the first adder, the output of the third adder is connected to the second input of the second adder, the second speed sensor and the quadrator are connected in series, the output of which is connected to the second input of the third multiplication unit, the output connected to the third input of the third adder, the output of the mass sensor is connected to the second inputs of the first and second units of multiplication, the output of the position sensor is connected to the second input of the fourth adder, the output of which is connected to the second input of the sixth adder, and the output of the first adder is connected to a third the input of the second adder, the second position sensor, the functional converter, the fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the fifth multiplication unit, the output of which is connected to the fourth input of the third adder, as well as the third signal generator and the eighth in series an adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the output to the second input of the fifth multiplication block (see RF patent No. 2187426, BI No. 23, 2002).

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению. Недостатком этого устройства является то, что оно эффективно только для робота, имеющего четыре степени подвижности (выдвижение руки, поворот вертикальной стойки, а также вертикальное и горизонтальное перемещение руки). Однако при этих четырех степенях подвижности робот не может выполнять рабочие операции на большой по площади горизонтальной плоскости. При введении еще одной пятой степени подвижности для перемещения руки в горизонтальной плоскости в рассматриваемом приводе появляются дополнительные возмущающие моментные воздействия, значительно ухудшающие его показатели качества. В результате возникает задача компенсации этих вредных дополнительных моментных воздействий за счет введения дополнительных сигналов коррекции.This device in its technical essence is the closest to the proposed solution. The disadvantage of this device is that it is only effective for a robot having four degrees of mobility (arm extension, rotation of the upright, as well as vertical and horizontal movement of the arm). However, with these four degrees of mobility, the robot cannot perform work operations on a large horizontal area. With the introduction of another fifth degree of mobility to move the arm in a horizontal plane in the drive under consideration, additional disturbing torque effects appear that significantly worsen its quality indicators. As a result, the task arises of compensating for these harmful additional momentary effects by introducing additional correction signals.

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 при движении исполнительного органа робота по всем пяти рассматриваемым степеням подвижности и, тем самым, повышение динамической точности его управления.The task to which the claimed technical solution is directed is to ensure the complete invariance of the dynamic properties of the electric drive to continuous and rapid changes in its dynamic moment load characteristics when the executive body of the robot moves along all five degrees of mobility considered and, thereby, increasing the dynamic accuracy of its control.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение дополнительного моментного воздействия, компенсирующего вредное моментное воздействие со стороны остальных степеней подвижности на качественные показатели работы рассматриваемого электропривода.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 electric drive, which provides additional momentary impact that compensates for the harmful momentary effect of the remaining degrees of mobility on the quality performance of the considered electric drive.

Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на горизонтальном звене робота, и движок первого датчика положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтально звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, пятый сумматор, к второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, шестой сумматор и третий блок умножения, а также датчик массы, причем выход датчика положения соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к входу электропривода, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, выходом подключенного к третьему входу третьего сумматора, выход датчика массы соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выход первого датчика положения соединен со вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу шестого сумматора, а выход первого сумматора соединен с третьим входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, синусный функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика ускорения, и пятый блок умножения, выход которого соединен с четвертым входом третьего сумматора, а также последовательно соединенные третий задатчик сигнала и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а выход - ко второму входу пятого блока умножения, дополнительно введены последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, и седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к пятому входу третьего сумматора.The problem is solved in that in a self-adjusting electric drive of the robot, containing a series-connected first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an electric motor connected to the first speed sensor directly and through a reducer, with a gear driving a rail fixed motionlessly on a horizontal the link of the robot, and the engine of the first position sensor mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical oh, the relay unit and the third adder are connected in series, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the second input of the first adder, the first signal pickup, the fourth adder, the fifth adder, the second input of which is connected to the second input, a second multiplication unit, a sixth adder and a third multiplication unit, as well as a mass sensor, wherein the output of the position sensor is connected to the first input of the seventh adder connected to the input of the second by the second input drive, and the output is to the first input of the first adder, the output of the third adder is connected to the second input of the second adder, the second speed sensor and the quadrator are connected in series, the output of which is connected to the second input of the third multiplication unit, the output connected to the third input of the third adder, the output of the mass sensor connected to the second inputs of the first and second multiplication units, the output of the first position sensor is connected to the second input of the fourth adder, the output of which is connected to the second input of the sixth adder, and the output of the first adder is connected to the third input of the second adder, a second position sensor, a sine function converter, a fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and a fifth multiplication unit, the output of which is connected to the fourth input of the third adder, as well as in series connected the third signal adjuster and the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the output to the second input of the fifth multiplication unit, additionally enter we are connected in series with a cosine functional converter, the input of which is connected to the output of the second position sensor, the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor, and the seventh multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the eighth adder, and the output to the fifth input third adder.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of the analogue and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают высокую точность и устойчивость рассматриваемого электропривода робота в условиях существенного изменения параметров нагрузки.Moreover, the distinctive features of the claims provide high accuracy and stability of the considered electric drive of the robot under conditions of a significant change in load parameters.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого самонастраивающегося электропривода робота. На фиг.2 - кинематическая схема исполнительного органа этого робота, а на фиг.3 - вид сверху в проекции на горизонтальную плоскость XY.Figure 1 presents a diagram of the proposed self-tuning electric robot. Figure 2 is a kinematic diagram of the Executive body of this robot, and figure 3 is a top view in projection on the horizontal plane XY.

Самонастраивающийся электропривод робота содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, усилитель 4 и электродвигатель 5, связанный с первым датчиком скорости 6 непосредственно и через редуктор 7 - с шестерней 8, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на горизонтальном звене робота, и движок первого датчика 9 положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтально звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок 10 и третий сумматор 11, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, входу релейного блока 10 и второму входу первого сумматора 1, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала, четвертый сумматор 13, пятый сумматор 14, к второму входу которого подключен второй задатчик 15 сигнала, второй блок 16 умножения, шестой сумматор 17 и третий блок 18 умножения, а также датчик 19 массы, причем выход датчика 9 положения соединен с первым входом седьмого сумматора 20, подключенного вторым входом к входу электропривода, а выходом - к первому входу первого сумматора 1, выход третьего сумматора 11 соединен со вторым входом второго сумматора 3, последовательно соединенные второй датчик 21 скорости и квадратор 22, выход которого соединен с вторым входом третьего блока 18 умножения, выходом подключенного к третьему входу третьего сумматора 11, выход датчика 19 массы соединен с вторыми входами первого 2 и второго 16 блоков умножения, выход первого датчика 9 положения соединен с вторым входом четвертого сумматора 13, выход которого подключен к второму входу шестого сумматора 17, а выход первого сумматора 1 соединен с третьим входом второго сумматора 3, последовательно соединенные второй датчик 23 положения, синусный функциональный преобразователь 24, четвертый блок 25 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 26 ускорения, и пятый блок 27 умножения, выход которого соединен с четвертым входом третьего сумматора 11, а также последовательно соединенные третий задатчик 28 сигнала и восьмой сумматор 29, второй вход которого подключен к выходу датчика 19 массы, а выход - ко второму входу пятого блока 27 умножения, последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь 30, вход которого подключен к выходу второго датчика положения 23, шестой блок 31 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 32 ускорения, и седьмой блок 33 умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора 29, а выход - к пятому входу третьего сумматора 11.The self-adjusting electric drive of the robot contains a series-connected first adder 1, a first multiplication unit 2, a second adder 3, an amplifier 4 and an electric motor 5 connected to the first speed sensor 6 directly and through a reducer 7 with a gear 8 that drives the rail fixed motionlessly on a horizontal link of the robot, and the engine of the first position sensor 9 mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, are connected in series the relay unit 10 and the third adder 11, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor 6, the input of the relay unit 10 and the second input of the first adder 1, the first signal adjuster 12, the fourth adder 13, the fifth adder 14 connected to the second input in series a second signal adjuster 15, a second multiplication unit 16, a sixth adder 17 and a third multiplication unit 18, as well as a mass sensor 19, the output of the position sensor 9 being connected to a first input of a seventh adder 20 connected to a drive input by a second input and the output to the first input of the first adder 1, the output of the third adder 11 is connected to the second input of the second adder 3, the second speed sensor 21 and the quadrator 22 are connected in series, the output of which is connected to the second input of the third multiplication unit 18, the output connected to the third input of the third the adder 11, the output of the mass sensor 19 is connected to the second inputs of the first 2 and second 16 multiplication units, the output of the first position sensor 9 is connected to the second input of the fourth adder 13, the output of which is connected to the second input of the sixth sum torus 17, and the output of the first adder 1 is connected to the third input of the second adder 3, the second position sensor 23, the sine function converter 24, the fourth multiplication unit 25, the second input of which is connected to the output of the first acceleration sensor 26, and the fifth multiplication unit 27, the output of which is connected to the fourth input of the third adder 11, as well as the third signal adjuster 28 and the eighth adder 29, the second input of which is connected to the output of the mass sensor 19, and the output to the second input of the fifth block OKA 27 multiplication, serially connected cosine functional Converter 30, the input of which is connected to the output of the second position sensor 23, the sixth multiplication unit 31, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor 32, and the seventh multiplication unit 33, the second input of which is connected to the output of the eighth the adder 29, and the output to the fifth input of the third adder 11.

На фиг. 1, 2, 3 приведены следующие обозначения:In FIG. 1, 2, 3 the following notation is given:

qвх - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки электропривода; U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем; qi - обобщенные координаты соответствующих степеней подвижности исполнительного органа робота (

Figure 00000001
); mi, mГ - массы соответствующих звеньев манипулятора и груза (i=3, 2); l3=const - расстояние от центра масс горизонтального звена до средней точки схвата;
Figure 00000002
=const - расстояния от оси вращения горизонтального звена до его центра масс при q3=0;
Figure 00000003
- скорость изменения первой обобщенной координаты;
Figure 00000004
- скорость вращения ротора электродвигателя третьей степени подвижности манипулятора;
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
- ускорения в третьей, четвертой и пятой степенях подвижности манипулятора.q I - signal from the output of the software device; ε is the error signal of the electric drive; U * , U - respectively, the amplified signal and the motor control signal; q i - generalized coordinates of the corresponding degrees of mobility of the executive body of the robot (
Figure 00000001
); m i , m G are the masses of the corresponding parts of the manipulator and the load (i = 3, 2); l 3 = const is the distance from the center of mass of the horizontal link to the midpoint of the gripper;
Figure 00000002
= const - the distance from the axis of rotation of the horizontal link to its center of mass with q 3 = 0;
Figure 00000003
- rate of change of the first generalized coordinate;
Figure 00000004
- the rotation speed of the rotor of the electric motor of the third degree of mobility of the manipulator;
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
- acceleration in the third, fourth and fifth degrees of mobility of the manipulator.

Рассматриваемый электропривод управляет линейным перемещением горизонтально звена робота относительно его вертикального звена (обобщенная координата q3). Конструкция робота позволяет осуществлять также поворот вертикального звена (обобщенная координата q1), вертикальное прямолинейное перемещение горизонтального звена (обобщенная координата q2) и еще два линейных взаимно перпендикулярных перемещения вертикального звена в горизонтальной плоскости (обобщенные координаты q4 и q5). Эта конструкция робота позволяет выполнять производственные операции в очень большой рабочей зоне.The considered electric drive controls the linear horizontal movement of the robot link relative to its vertical link (generalized coordinate q 3 ). The design of the robot also allows rotation of the vertical link (generalized coordinate q 1 ), vertical rectilinear movement of the horizontal link (generalized coordinate q 2 ) and two more linear mutually perpendicular movements of the vertical link in the horizontal plane (generalized coordinates q 4 and q 5 ). This design of the robot allows you to perform production operations in a very large work area.

Самонастраивающийся электропривод работает следующим образом. На его вход подается воздействие qвх, обеспечивающее требуемый закон управления рассматриваемой степенью подвижности робота. На выходе сумматора 20 вырабатывается сигнал ошибки ε, который после коррекции в блоках 1, 2 и 3, усиливаясь, поступает на вход электродвигателя 5 с редуктором, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U и внешнего моментного воздействия Мв на привод.Self-adjusting electric drive operates as follows. The input q qx is applied to its input, providing the required control law for the considered degree of robot mobility. At the output of the adder 20, an error signal ε is generated, which, after correction in blocks 1, 2 and 3, amplifies, enters the input of the electric motor 5 with a gearbox, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration), depending on the value of the incoming signal U and external momentary action of M in on the drive.

Горизонтальное звено робота относительно его вертикального звена перемещается с помощью электропривода посредством передачи шестерня - рейка. Причем рейка установлена неподвижно на горизонтальном звене, а шестерня 8 - на выходном валу редуктора 7 и имеет радиус r.The horizontal link of the robot relative to its vertical link is moved by an electric drive by means of a gear-rack transmission. Moreover, the rack is fixedly mounted on the horizontal link, and the gear 8 is on the output shaft of the gearbox 7 and has a radius r.

Несложно (с помощью уравнения Лагранжа второго рода) показать, что в процессе движения робота на электропривод третьей степени подвижности действует силаIt is easy (using the Lagrange equation of the second kind) to show that during the movement of the robot a force acts on the electric drive of the third degree of mobility

Figure 00000008
Figure 00000008

Эта сила в процессе движения робота на выходном валу редуктора 7 создает момент, равныйThis force in the process of movement of the robot on the output shaft of the gearbox 7 creates a moment equal to

Figure 00000009
Figure 00000009

С учетом соотношения (1), а также уравнения электрической

Figure 00000010
и механическойTaking into account relation (1), as well as the equation of electric
Figure 00000010
and mechanical

Figure 00000011
Figure 00000011

цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q3, можно описать следующим дифференциальным уравнениемchains of a DC motor with permanent magnets or independent excitation, the drive in question, which controls the coordinate q 3 , can be described by the following differential equation

Figure 00000012
Figure 00000012

где R - активное сопротивление якорной цепи двигателя; J - момент инерции якоря электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу электродвигателя; Kм - коэффициент крутящего момента; Kω - коэффициент противоЭДС; Kв - коэффициент вязкого трения; ip - передаточное отношение редуктора; Mстр - момент сухого трения; Kу - коэффициент усиления усилителя 4; i - ток якоря двигателя 5;

Figure 00000013
- ускорение вращения вала электродвигателя третьей степени подвижности.where R is the active resistance of the engine armature circuit; J is the moment of inertia of the armature of the motor and the rotating parts of the gearbox, reduced to the shaft of the motor; K m - torque coefficient; K ω is the coefficient of counter-EMF; K in - coefficient of viscous friction; i p - gear ratio; M p is the moment of dry friction; K y - gain of the amplifier 4; i is the armature current of the motor 5;
Figure 00000013
- acceleration of rotation of the motor shaft of the third degree of mobility.

Из выражения (2) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, параметры и динамические свойства электропривода, управляющего координатой q3, являются существенно переменными, зависящими от непрерывного изменения координат q1,

Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
и массы захваченного груза mГ. Это снижает качественные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы. В связи с этим для качественного управления координатой q3 (для реализации поставленной выше задачи) необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q1,
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
и mГ на динамические свойства рассматриваемого электропривода, т.е. необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое стабилизировало бы параметры этого электропривода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.From the expression (2) it can be seen that the parameters of this equation, and therefore the parameters and dynamic properties of the electric drive controlling the coordinate q 3 , are essentially variable, depending on the continuous change of coordinates q 1 ,
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
and the mass of the captured cargo m G. This reduces the quality of the drive and even leads to a loss of stability of its operation. In this regard, for quality control of the q 3 coordinate (for the implementation of the task posed above), it is necessary to precisely compensate for the negative influence of the q 1 coordinate change,
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
and m G on the dynamic properties of the drive in question, i.e. it is necessary to form such a corrective device that would stabilize the parameters of this electric drive in such a way that it is described by a differential equation with constant desired parameters.

Первый положительный вход сумматора 1 (со стороны сумматора 20) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления Kω/Kу. В результате на выходе сумматора 1 формируется сигнал The first positive input of the adder 1 (from the adder 20) has a unity gain, and its second negative input has a gain K ω / K у . As a result, at the output of the adder 1, a signal is generated

Figure 00000017
.
Figure 00000017
.

Первый и второй положительные входы сумматоров 13 и 14 имеют единичные коэффициенты усиления. На выходах первого 12 и второго 15 задатчиков сигнала формируются сигналы

Figure 00000018
=const и l3=const соответственно. В результате на выходе сумматора 13 формируется сигнал
Figure 00000019
, а на выходе сумматора 14 - сигнал
Figure 00000020
, так как датчик 9 измеряет положение точки горизонтального звена робота, отстоящей от центра масс этого звена на расстояние
Figure 00000018
.The first and second positive inputs of the adders 13 and 14 have unity gain. The outputs of the first 12 and second 15 signal sets
Figure 00000018
= const and l 3 = const, respectively. As a result, a signal is generated at the output of the adder 13
Figure 00000019
, and the output of the adder 14 is a signal
Figure 00000020
, since the sensor 9 measures the position of the point of the horizontal link of the robot, a distance from the center of mass of this link
Figure 00000018
.

Первый положительный вход сумматора 17 (со стороны блока 16) имеет коэффициент усиления r/ip, а его второй положительный вход - коэффициент усиления rm3/ip. Датчик 19 измеряет массу захваченного груза mГ. В результате на выходе сумматора 17 формируется сигнал

Figure 00000021
а на выходе блока умножения 18 - сигнал
Figure 00000022
так как датчик 21 установлен в первой степени подвижности робота (фиг.2) и измеряет координату
Figure 00000023
.The first positive input of the adder 17 (from the side of block 16) has a gain of r / i p , and its second positive input has a gain of rm 3 / i p . The sensor 19 measures the mass of the captured cargo m G. As a result, a signal is generated at the output of the adder 17
Figure 00000021
and at the output of the multiplication block 18 is a signal
Figure 00000022
since the sensor 21 is installed in the first degree of mobility of the robot (figure 2) and measures the coordinate
Figure 00000023
.

Датчик 23 измеряет координату q1, датчик 26 - ускорение

Figure 00000015
а датчик 32 - ускорение
Figure 00000024
. Функциональный преобразователь 24 реализует функцию sinql, а функциональный преобразователь 30 - функцию cosql. В результате на выходе блока 25 формируется сигнал
Figure 00000025
а на выходе блока 31 - сигнал
Figure 00000026
Задатчик 28 формирует сигнал m3=const. Первый и второй положительные входы сумматора 29 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на четвертый положительный вход сумматора 11 (со стороны блока 27), имеющий коэффициент усиления, равный r/ip, поступает сигнал
Figure 00000027
а на его пятый положительный вход (со стороны блока 33), также имеющий коэффициент усиления, равный r/ip, - сигнал
Figure 00000028
The sensor 23 measures the coordinate q 1 , the sensor 26 - acceleration
Figure 00000015
and sensor 32 is acceleration
Figure 00000024
. Functional converter 24 implements the function sinq l , and functional converter 30 implements the function cosq l. As a result, a signal is generated at the output of block 25
Figure 00000025
and the output of block 31 is a signal
Figure 00000026
The setter 28 generates a signal m 3 = const. The first and second positive inputs of the adder 29 have unity gain. As a result, the fourth positive input of the adder 11 (from the side of block 27), having a gain equal to r / i p , receives a signal
Figure 00000027
and its fifth positive input (from the side of block 33), also having a gain equal to r / i p , is a signal
Figure 00000028

Выходной сигнал блока 10 имеет вид:The output signal of block 10 has the form:

Figure 00000029
Figure 00000029

где

Figure 00000030
- величина момента сухого трения при движении электродвигателя.Where
Figure 00000030
- the magnitude of the dry friction moment during the movement of the electric motor.

Первый (со стороны блока 10) положительный и третий (со стороны блока 18) отрицательный входы сумматора 11 имеют единичные коэффициенты усиления, а второй положительный (со стороны датчика 6) - коэффициент усиления The first (from the side of block 10) positive and third (from the side of block 18) negative inputs of the adder 11 have unity gain, and the second positive (from the side of sensor 6) is the gain

Figure 00000031
Figure 00000031

В результате на выходе сумматора 11 формируется сигнал

Figure 00000032
As a result, a signal is generated at the output of the adder 11
Figure 00000032

Первый положительный вход сумматора 3 (со стороны блока 2) имеет коэффициент усиления

Figure 00000033
(JH - номинальное значение момента инерции, приведенного к валу электродвигателя 5), его второй положительный вход (со стороны сумматора 11) - коэффициент усиления
Figure 00000034
, а третий положительный - коэффициент усиления
Figure 00000035
. В результате на выходе сумматора 3 формируется сигналThe first positive input of the adder 3 (from the side of unit 2) has a gain
Figure 00000033
(J H is the nominal value of the moment of inertia reduced to the shaft of the electric motor 5), its second positive input (from the side of the adder 11) is the gain
Figure 00000034
and the third positive is the gain
Figure 00000035
. As a result, at the output of the adder 3, a signal is generated

Figure 00000036
Figure 00000036

Несложно показать, что поскольку

Figure 00000037
при движении приводаIt is easy to show that since
Figure 00000037
when driving

достаточно точно соответствует Мстр, то, подставив полученное значение U* в соотношение (2), получим уравнениеcorresponds quite accurately to M p , then, substituting the obtained value of U * in relation (2), we obtain the equation

Figure 00000038
,
Figure 00000038
,

которое имеет постоянные желаемые параметры. То есть рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q3, за счет введения рассмотренной выше самонастройки управляющего сигнала U* будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями, которые определяются выбором желаемых значений Kу, JH.which has constant desired parameters. That is, the considered electric drive, which controls the coordinate q 3 , due to the introduction of the self-tuning of the control signal U * discussed above, will have constant desired dynamic properties and quality indicators, which are determined by the choice of the desired values of K y , J H.

Claims (1)

Самонастраивающийся электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, для приведения в движение рейки, закрепленной неподвижно на горизонтальном звене робота и движок первого датчика положения, установленного на вертикальном звене и измеряющего положение характерной точки горизонтально звена относительно вертикального, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, пятый сумматор, к второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, шестой сумматор и третий блок умножения, а также датчик массы, причем выход датчика положения соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного вторым входом к входу электропривода, а выходом - к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен со вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения, выходом подключенного к третьему входу третьего сумматора, выход датчика массы соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выход первого датчика положения соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к второму входу шестого сумматора, а выход первого сумматора соединен с третьим входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, синусный функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика ускорения, и пятый блок умножения, выход которого соединен с четвертым входом третьего сумматора, а также последовательно соединенные третий задатчик сигнала и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а выход - ко второму входу пятого блока умножения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные косинусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, и седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к пятому входу третьего сумматора. A self-adjusting electric drive of the robot, containing a first adder, a first multiplication unit, a second adder, an amplifier and an electric motor connected directly to the first speed sensor and via a gear with a gear, to drive a rack fixed motionlessly on the horizontal link of the robot and the engine of the first sensor position mounted on a vertical link and measuring the position of a characteristic point of the horizontal link relative to the vertical, connected in series a unit and a third adder, the second input of which is connected to the output of the first speed sensor, the input of the relay unit and the second input of the first adder, the first signal master, fourth adder, fifth adder, the second input of which is connected to the second signal master, the second multiplication unit, the sixth adder and the third multiplication unit, as well as the mass sensor, the output of the position sensor connected to the first input of the seventh adder connected to the input of the second input of the drive, and the output to the first input the first adder, the output of the third adder is connected to the second input of the second adder, the second speed sensor and a quadrator connected in series to the second input of the third multiplication unit, the output connected to the third input of the third adder, the output of the mass sensor is connected to the second inputs of the first and second blocks multiplication, the output of the first position sensor is connected to the second input of the fourth adder, the output of which is connected to the second input of the sixth adder, and the output of the first adder is connected to the second input of the second adder, the second position sensor, the sine function converter, the fourth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the acceleration sensor, and the fifth multiplication unit, the output of which is connected to the fourth input of the third adder, as well as the third signal adjuster and the eighth adder, the second input of which is connected to the output of the mass sensor, and the output to the second input of the fifth multiplication unit, characterized in that it is additionally introduced after sequences coupled cosine function generator, a sixth multiplier, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor and the seventh multiplier, the second input of which is connected to the output of the eighth adder, and an output - to a fifth input of the third adder.
RU2008131633/02A 2008-07-30 2008-07-30 Self-adaptive electric drive of robot RU2394674C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008131633/02A RU2394674C2 (en) 2008-07-30 2008-07-30 Self-adaptive electric drive of robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008131633/02A RU2394674C2 (en) 2008-07-30 2008-07-30 Self-adaptive electric drive of robot

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008131633A RU2008131633A (en) 2010-02-10
RU2394674C2 true RU2394674C2 (en) 2010-07-20

Family

ID=42123406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008131633/02A RU2394674C2 (en) 2008-07-30 2008-07-30 Self-adaptive electric drive of robot

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2394674C2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2631784C1 (en) * 2016-06-22 2017-09-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Self-adjusting electric drive of manipulator
RU2631783C1 (en) * 2016-06-22 2017-09-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Self-assisted electric drive of manipulator
RU2705737C1 (en) * 2018-06-29 2019-11-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Self-tuning electric manipulator drive
RU2705734C1 (en) * 2018-06-29 2019-11-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Self-tuning electric manipulator drive
RU2705739C1 (en) * 2018-06-29 2019-11-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Self-tuning electric manipulator drive
RU2706079C1 (en) * 2018-09-14 2019-11-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Self-tuning electric manipulator drive

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0120198A1 (en) * 1983-02-26 1984-10-03 Gesellschaft für digitale Automation mbH Method of operating an industrial robot in robot kinematic foreign coordinates
RU2037173C1 (en) * 1990-06-19 1995-06-09 Дальневосточный государственный технический университет Self-tuning drive system of robot
RU2187426C2 (en) * 2000-11-17 2002-08-20 Дальневосточный государственный технический университет Self-adaptive electric drive of robot

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0120198A1 (en) * 1983-02-26 1984-10-03 Gesellschaft für digitale Automation mbH Method of operating an industrial robot in robot kinematic foreign coordinates
RU2037173C1 (en) * 1990-06-19 1995-06-09 Дальневосточный государственный технический университет Self-tuning drive system of robot
RU2187426C2 (en) * 2000-11-17 2002-08-20 Дальневосточный государственный технический университет Self-adaptive electric drive of robot

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2631784C1 (en) * 2016-06-22 2017-09-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Self-adjusting electric drive of manipulator
RU2631783C1 (en) * 2016-06-22 2017-09-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Self-assisted electric drive of manipulator
RU2705737C1 (en) * 2018-06-29 2019-11-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Self-tuning electric manipulator drive
RU2705734C1 (en) * 2018-06-29 2019-11-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Self-tuning electric manipulator drive
RU2705739C1 (en) * 2018-06-29 2019-11-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Self-tuning electric manipulator drive
RU2706079C1 (en) * 2018-09-14 2019-11-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) Self-tuning electric manipulator drive

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008131633A (en) 2010-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2394674C2 (en) Self-adaptive electric drive of robot
RU2037173C1 (en) Self-tuning drive system of robot
RU2423224C2 (en) Robot electric drive
RU2272312C1 (en) Arrangement for controlling of the drive of a robot
RU2187426C2 (en) Self-adaptive electric drive of robot
RU2372638C1 (en) Self-tuning electric drive for manipulation robot
RU2115539C1 (en) Robot drive control device
RU2209719C1 (en) Device for control of robot drive
RU2208242C1 (en) Self-adjusting electric drive of robot
RU2228257C1 (en) Apparatus for controlling drive unit of robot
RU2359306C2 (en) Self-adapting electric drive of robot
RU2443543C1 (en) Manipulator electric drive
RU2325268C1 (en) Control of robotic machine drive
RU2277258C1 (en) Self-adjusting electric motor for a robot
RU2380215C1 (en) Self-tuning electric drive of robot
RU2345885C1 (en) Robot drive control device
RU2193480C1 (en) Device controlling robot drive
RU2425746C2 (en) Robot electrical drive
RU2309444C2 (en) Self-adjusting electrical drive for robot
RU2212329C1 (en) Device for control of robot drive
RU2208241C1 (en) Self-adjusting electric drive of robot
RU2385481C1 (en) Self-tuning robot electrical drive
RU2312007C1 (en) Robot drive control apparatus
RU2335389C2 (en) Robot drive control device
RU2423225C1 (en) Robot electric drive

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100731