Устройство для управления приводом робота

 

Изобретение относится к робототехнике. Технический результат заключается в повышении динамической точности привода робота при быстром изменении параметров его нагрузки. Эти изменения обусловлены существенным взаимовлиянием между степенями подвижности многозвенника при работе на больших скоростях, переменностью массы захваченного груза и трениями. После коррекции привод становится инвариантным к изменениям параметров нагрузки, а также к моментам сухого и вязкого трения. При этом стабилизируются его динамические свойства и качественные показатели работы. 2 ил.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании приводов роботов.

Известно устройство для управления приводом робота, содержащее первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения и второй сумматор, последовательно соединенные первый усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и, через редуктор, с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен со входом устройства, последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы захваченного груза, четвертый сумматор, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого задатчика постоянного сигнала и второго квадратора, последовательно соединенные второй задатчик постоянного сигнала, пятый сумматор, третий блок умножения, шестой сумматор и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные второй датчик положения и седьмой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, первый функциональный преобразователь и третий квадратор, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения и второму входу седьмого сумматора, и четвертый квадратор, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь и пятый квадратор, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь и шестой квадратор, причем выходы третьего, четвертого, пятого и шестого квадраторов подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам четвертого сумматора, входы третьего и четвертого функциональных преобразователей соединены с выходом седьмого сумматора, выходы второго и четвертого функциональных преобразователей подключены соответственно к первым и вторым входам третьего и восьмого сумматоров, а выход последнего подключен ко входу второго квадратора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы и вторым входом пятого сумматора, пятый блок умножения, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, шестой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, и одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого соединен с выходом седьмого сумматора, двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика положения, пятый функциональный преобразователь и седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего функционального преобразователя, а выход - со вторым входом шестого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и шестой функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом пятого блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через седьмой функциональный преобразователь подключен к выходу второго усилителя, а выход тринадцатого сумматора - ко второму входу седьмого блока умножения, а также десятый и одиннадцатый блоки умножения, выходы которых подключены соответственно ко второму и третьему входам второго сумматора (см. авторское свидетельство N 1764990, БИ N 36, 1992 г.).

Недостатком данного устройства является то, что оно обеспечивает инвариантность качественных показателей к переменным параметрам нагрузки лишь в том случае, когда эти параметры в процессе управления меняются достаточно медленно, т. е. когда выполняется условие квазистационарности и можно использовать аппарат передаточных функций. Если же указанные параметры меняются быстро, то аппарат передаточных функций использовать нельзя.

Наиболее близким по своей технической сущности является устройство для управления приводом робота, содержащее первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения и второй сумматор, последовательно соединенные первый усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и, через редуктор, - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен со входом устройства, последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы захваченного груза, четвертый сумматор, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого задатчика постоянного сигнала и второго квадратора, последовательно соединенные второй задатчик постоянного сигнала, пятый сумматор, третий блок умножения, шестой сумматор и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные второй датчик положения и седьмой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, первый функциональный преобразователь и третий квадратор, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения и второму входу седьмого сумматора, и четвертый квадратор, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь и пятый квадратор, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь и шестой квадратор, причем выходы третьего, четвертого, пятого и шестого квадраторов подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам четвертого сумматора, выходы третьего и четвертого функциональных преобразователей соединены с выходом седьмого сумматора, выходы второго и четвертого функциональных преобразователей подключены соответственно к первым и вторым входам третьего и восьмого сумматоров, а выход последнего подключен ко входу второго квадратора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы и вторым входом пятого сумматора, пятый блок умножения, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, шестой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, и одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого соединен с выходом седьмого сумматора, двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика положения, пятый функциональный преобразователь и седьмой блок умножения, выход которого подключен к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего функционального преобразователя, а выход - со вторым входом шестого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и шестой функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом пятого блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через седьмой функциональный преобразователь подключен к выходу второго усилителя, а выход тринадцатого сумматора - ко второму входу седьмого блока умножения, выходы десятого и одиннадцатого блоков умножения подключены соответственно ко второму и третьему входам второго сумматора, выход релейного элемента соединен с четвертым входом второго сумматора, а вход - с выходом первого датчика скорости, первыми входами десятого и одиннадцатого блоков умножения и пятым входом второго сумматора, второй вход десятого блока умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора, первый вход первого блока умножения соединен с выходом первого сумматора, а его второй вход - со вторым входом одиннадцатого блока умножения и выходом четвертого сумматора, при этом выход второго сумматора подключен к выходу первого усилителя (см. патент РФ N 2063866, БИ N 20, 1996 г.).

Недостатком данного устройства является то, что оно не учитывает электрической постоянной времени электродвигателя. 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.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение инвариантности динамических свойств электропривода к изменениям его моментных нагрузочных характеристик, что позволяет обеспечить стабильность заданного качества системы (динамической точности управления).

Технический результат, который достигается при реализации заявленного технического решения, выражается в формировании дополнительного форсирующего сигнала управления, подаваемого на вход привода, который точнее компенсирует вредное моментное воздействие со стороны других степеней подвижности робота и гравитационной нагрузки на качественные показатели работы рассматриваемого устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для управления приводом робота, содержащее первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения и второй сумматор, последовательно соединенные первый усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и, через редуктор, - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен со входом устройства, последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы груза, четвертый сумматор, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого задатчика сигнала и второго квадратора, последовательно соединенные второй задатчик сигнала, пятый сумматор, третий блок умножения, шестой сумматор и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные второй датчик положения и седьмой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, первый функциональный преобразователь и третий квадратор, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения и второму входу седьмого сумматора, и четвертый квадратор, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь и пятый квадратор, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь и шестой квадратор, причем выходы третьего, четвертого, пятого и шестого квадраторов подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам четвертого сумматора, выходы третьего и четвертого функциональных преобразователей соединены с выходом седьмого сумматора, выходы второго и четвертого функциональных преобразователей подключены соответственно к первым и вторым входам третьего и восьмого сумматоров, а выход последнего подключен ко входу второго квадратора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы и вторым входом пятого сумматора, пятый блок умножения, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, шестой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, и одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого соединен с выходом седьмого сумматора, двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика положения, пятый функциональный преобразователь и седьмой блок умножения, выход которого подключен к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего функционального преобразователя, а выход - со вторым входом шестого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и шестой функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом пятого блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через седьмой функциональный преобразователь подключен к выходу второго усилителя, а выход тринадцатого сумматора - ко второму входу седьмого блока умножения, выходы десятого и одиннадцатого блоков умножения подключены соответственно ко второму и третьему входам второго сумматора, выход релейного элемента соединен с четвертым входом второго сумматора, а вход - с выходом первого датчика скорости, первыми входами десятого и одиннадцатого блоков умножения и пятым входом второго сумматора, второй вход десятого блока умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора, первый вход первого блока умножения соединен с выходом первого сумматора, а его второй вход - со вторым входом одиннадцатого блока умножения и выходом четвертого сумматора, при этом выход второго сумматора подключен к выходу первого усилителя, дополнительно введены последовательно соединенные двенадцатый блок умножения, первый, вход которого соединен с выходом девятого сумматора, тринадцатый блок умножения, второй вход которого через восьмой функциональный преобразователь подключен к выходу третьего усилителя, четырнадцатый сумматор, четырнадцатый блок умножения, пятнадцатый сумматор, пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, и шестнадцатый сумматор, выход которого соединен с шестым входом второго сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и семнадцатый блок умножения, второй вход которого через девятый функциональный преобразователь соединен с выходом второго усилителя, последовательно соединенные семнадцатый и восемнадцатый сумматоры, и восемнадцатый блок умножения, последовательно соединенные девятнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами второго и четвертого функциональных преобразователей, двадцатый блок умножения, девятнадцатый сумматор, двадцать первый блок умножения, двадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу семнадцатого блока умножения и второму входу четырнадцатого сумматора, третий вход которого соединен с выходом восемнадцатого блока умножения, и двадцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости и вторым входам семнадцатого сумматора и двадцатого блока умножения, последовательно соединенные десятый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, и двадцать третий блок умножения, второй вход которого соединен с выходом тринадцатого сумматора и со вторым входом двадцать первого блока умножения, восемнадцатый блок умножения, предназначенный для перемножения сигналов с выходов восемнадцатого сумматора и двадцать третьего блока умножения, последовательно соединенные первый датчик ускорения и двадцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, последовательно соединенные второй датчик ускорения и двадцать шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик ускорения и двадцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу одиннадцатого сумматора, причем выход десятого функционального преобразователя через двадцать четвертый блок умножения соединен также со вторым входом девятнадцатого сумматора, а второй вход двадцать четвертого блока умножения подключен к выходу третьего датчика скорости, первому входу семнадцатого сумматора, вторым входам двенадцатого и четырнадцатого блоков умножения, а также восемнадцатого сумматора, первый вход которого соединен также со вторым входом шестнадцатого блока умножения, выходы двадцать второго, двадцать пятого и двадцать шестого блоков умножения подключены соответственно ко второму, третьему и четвертому входам пятнадцатого сумматора, а выходы третьего датчика ускорения и двадцать седьмого блока умножения подключены соответственно ко второму и третьему входам шестнадцатого сумматора.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с его аналогами и прототипом свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Заявленная совокупность признаков, приведенная в отличительной части формулы изобретения, позволяет добиться повышения динамической точности управления приводом робота типа PUMA в условиях существенного и быстрого изменения параметров нагрузки, обусловленного эффектом взаимовлияния между степенями подвижности.

Блок-схема предлагаемого устройства для управления приводом робота представлена на фиг. 1. На фиг. 2 представлена кинематическая схема робота.

Устройство для управления роботом содержит первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, первый усилитель 4, электродвигатель 5, первый датчик 6 скорости, редуктор 7, первый датчик 8 положения, третий сумматор 9, первый квадратор 10, второй блок 11 умножения, датчик 12 массы, четвертый сумматор 13, первый задатчик 14 сигнала, второй квадратор 15, второй задатчик 16 сигнала, пятый сумматор 17, третий блок 18 умножения, шестой сумматор 19, четвертый блок 20 умножения, второй датчик 21 скорости, второй датчик 22 положения, седьмой сумматор 23, третий датчик 24 положения, первый функциональный преобразователь 25, третий квадратор 26, второй функциональный преобразователь 27, четвертый квадратор 28, третий функциональный преобразователь 29, пятый квадратор 30, четвертый функциональный преобразователь 31, шестой квадратор 32, восьмой сумматор 33, третий задатчик 34 сигнала, девятый сумматор 35, пятый блок 36 умножения, десятый сумматор 37, шестой блок 38 умножения, третий датчик 39 скорости, одиннадцатый сумматор 40, второй усилитель 41, двенадцатый сумматор 42, пятый функциональный преобразователь 43, седьмой блок 44 умножения, четвертый задатчик 45 сигнала, тринадцатый сумматор 46, восьмой блок 47 умножения, девятый блок 48 умножения, третий усилитель 49, шестой функциональный преобразователь 50, седьмой функциональный преобразователь 51, десятый 52 и одиннадцатый 53 блоки умножения, релейный элемент 54, объект управления 55, двенадцатый 56 и тринадцатый 57 блоки умножения, восьмой функциональный преобразователь 58, четырнадцатый сумматор 59, четырнадцатый блок 60 умножения, пятнадцатый сумматор 61, пятнадцатый блок 62 умножения, шестнадцатый сумматор 63, шестнадцатый 64 и семнадцатый 65 блоки умножения, девятый функциональный преобразователь 66, семнадцатый 67 и восемнадцатый 68 сумматоры, восемнадцатый 69, девятнадцатый 70 и двадцатый 71 блоки умножения, девятнадцатый сумматор 72, двадцать первый блок 73 умножения, двадцатый сумматор 74, двадцать второй блок 75 умножения, десятый функциональный преобразователь 76, двадцать третий 77 и двадцать четвертый 78 блоки умножения, первый датчик 79 ускорения, двадцать пятый блок 80 умножения, второй датчик 81 ускорения, двадцать шестой блок 82 умножения, третий датчик 83 ускорения, двадцать седьмой блок 84 умножения.

На указанных чертежах введены следующие обозначения: α_вх - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки; U^*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем; q₁, q₂, q₃ - обобщенные координаты трех степеней подвижности; m₁, m₂, m₃, m_г - массы соответствующих звеньев робота и груза; l₂, l₃ - длины соответствующих звеньев; l^*₂,l^*₃ - расстояния от осей вращения соответствующих звеньев до их центров масс; скорости изменения соответствующих обобщенных координат; скорость вращения ротора двигателя первой степени подвижности;
ускорения изменения соответствующих обобщенных координат;
ускорение вращения ротора двигателя первой степени подвижности;
J_si - моменты инерции соответствующих звеньев робота относительно их продольных осей
J_Ni - моменты инерции соответствующих звеньев робота относительно поперечных осей, проходящих через их центры масс
Устройство работает следующим образом. На вход подается управляющее воздействие α_вх, обеспечивающее требуемый закон управления объектом. На выходе сумматора 1 вырабатывается сигнал ошибки ε, который после коррекции в элементах 2 и 3, усиливаясь, поступает на электродвигатель 5 с редуктором, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью /ускорением/, зависящим от величины поступающего сигнала U и внешнего моментного воздействия М_в на привод.

В изобретении рассматривается устройство для управления приводом робота относительно вертикальной оси исполнительного органа робота, схема которого представлена на фиг. 2. Этот привод управляет обобщенной координатой q₁.

Датчики 24 и 22 установлены соответственно во второй и третьей степенях подвижности робота /см. фиг. 2/ и измеряют соответственно обобщенные координаты q₂, q₃. Сумматор 23 имеет положительные входы с единичными коэффициентами усиления, поэтому на его выходе формируется сигнал q₂+q₃. Усилители 41 и 49 имеют коэффициенты усиления 2. Сумматор 42 имеет единичные коэффициенты усиления, но его второй вход /со стороны датчика 22/ отрицательный. Поэтому на выходе сумматора 42 формируется сигнал 2q₂+q₃. Функциональные преобразователи 25, 29, 43, 50 и 51 реализуют функцию SIN, а функциональные преобразователи 27, 31, 58, 66 и 76 - функцию COS. В результате на выходе третьего 26, четвертого 28, пятого 30 и шестого квадраторов соответственно формируются сигналы,
SIN²q₂, COS²q₂, SIN²(q₂ + q₃) и COS²(q₂ + q₃).

Первый /со стороны функционального преобразователя 27/ и второй положительные входы сумматора 33 соответственно имеют коэффициенты усиления l₂ и l^*₃.. В результате на выходе квадратора 15 формируется сигнал [l₂cosq₂+l^*₃cos(q₂+q₃)]². Первый /со стороны функционального преобразователя 27/ и второй положительные входы сумматора 9 соответственно имеют коэффициенты усиления l₂ и l₃. В результате на выходе блока 11 умножения формируется сигнал m_г[l₂cosq₂ + l₃cos(q₂ + q₃)]², т.к. датчик 12 измеряет массу захваченного груза m_г.

На выходе задатчика 14 сигнала формируется сигнал Ji_p² + J_S1, где J - момент инерции ротора электродвигателя и вращающихся частей редуктора /приведены к валу двигателя/, _p - передаточное отношение редуктора. Первый /со стороны блока 11/ и второй /со стороны задатчика 14 сигнала/ положительные входы сумматора 13 имеют единичные коэффициенты усиления. Его третий /со стороны квадратора 26/, пятый /со стороны квадратора 28/, шестой /со стороны квадратора 30/ и седьмой /со стороны квадратора 32/ положительные входы имеют коэффициенты усиления J_S2, J_N2+m₂l^*₃², J_S3, J_N3 и m₃ соответственно. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал:

Датчики скорости 39 и 21 устанавливаются соответственно во второй и третьей степенях подвижности робота /см, фиг. 2./ и измеряют соответственно
На выходе задатчика 34 сигнала формируется сигнал m₃l²₂+J_N2-J_S2+m₂l^*₂². Первый /со стороны задатчика 34 сигнала/ и второй положительные входы сумматора 35 соответственно имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный l₂². В результате на выходе блока 36 умножения формируется сигнал [J_N2-J_S2+m₂l^*₂²+(m₃+m_Г)l²₂]sin2q₂.
Задатчик 16 сигнала формирует сигнал J_N3-J_S3+m₃l^*₃². Первый /со стороны задатчика 16 сигнала / и второй положительные входы сумматора 17 соответственно имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления l₃². В результате на выходе блока 18 умножения формируется сигнал [J_N3-J_S3+m₃l^*₃²+m_Гl²₃]sin2(q₂+q₃).
Задатчик 45 сигнала формирует сигнал 2l₂l^*₃m₃. Первый /со стороны задатчика 45 сигнала/ и второй положительные входы сумматора 46 соответственно имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления 2l₂l₃. В результате на выходе блока 44 умножения формируется сигнал 2l₂(m₃l^*₃+m_Гl₃)sin(2q₂+q₃).
Три положительные входа сумматора 37 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на выходе блока 38 умножения формируется сигнал

На выходе блока 47 умножения формируется сигнал 2l₂[m₃l^*₃+m_Гl₃]cosq₂, поэтому с учетом того, что оба положительных входа сумматора 19 имеют единичные коэффициенты усиления, на выходе блока 20 умножения формируется сигнал

Оба отрицательных входа сумматора 40 имеют единичные коэффициенты усиления, поэтому на его выходе формируется сигнал - (А+В).

На выходах функциональных преобразователей 58, 66 и 76 соответственно формируются сигналы: cos2q₂·cos2(q₂ + q₃) и cos(2q₂ +q₃). На выходе блока 56 умножения формируется сигнал: а на выходе блока 57 умножения - сигнал:
Положительные входы сумматоров 67 и 68 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на выходах этих сумматоров формируются сигналы соответственно. На выходе блока 64 умножения формируется сигнал:
а на выходе блока 65 умножения - сигнал:
На выходе блока 77 умножения формируется сигнал cos(2q₂+q₃)2l₂[m₃l^*₃+m_Гl²₃], поэтому на выходе блока 69 умножения образуется сигнал:
Первый и второй положительные входы сумматора 59 /со стороны блоков 57 и 65 умножения соответственно/ имеют коэффициент усиления 2, а его третий положительный вход /со стороны блока 69 умножения/ - единичный коэффициент усиления. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал:

а на выходе блока 60 умножения - сигнал .

На выходах блоков 70, 71 и 78 умножения соответственно формируются сигналы:
cos(q₂)cos(q₂+q₃), Поэтому на выходе сумматора 72, входы которого имеют единичные коэффициенты усиления, формируется сигнал: На выходе блока 73 умножения формируется сигнал:

На выходе сумматора 74, первый вход которого /со стороны блока 73 умножения/ имеет единичный коэффициент усиления, а второй вход /со стороны блока 65 умножения/ - коэффициент усиления 2, формируется сигнал

а на выходе блока 75 умножения - сигнал
На выходах датчиков ускорения 79, 81 и 83 формируются сигналы соответственно. На выходах блоков умножения 80 и 82 соответственно формируются сигналы:

и

Отрицательные входы сумматора 61 имеют единичные коэффициенты усиления, поэтому на его выходе формируется сигнал:
На выходах блоков умножения 62 и 84, соответственно, формируются сигналы: Первый положительный вход сумматора 63 /со стороны блока 62 умножения/ имеет коэффициент усиления 1/i_p², а его второй /со стороны датчика 83 ускорения/ и третий /со стороны блока 84 умножения/ положительные входы - коэффициенты усиления К_в и 2/i_p², соответственно. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал:
На первый положительный вход сумматора 3 /со стороны блока 2/ с коэффициентом усиления (1/J_Hi_p²) поступает сигнал (P + Ji_p²)ε, на его второй положительный вход /со стороны блока 52/ с коэффициентом усиления R/К_мК_уi_p² - сигнал на третий отрицательный вход /со стороны блока 53/ с коэффициентом усиления K_ω/(K_yJ_Ni²_p) - сигнал на четвертый положительный вход с коэффициентом усиления R/K_мK_у /со стороны релейного элемента 54/ - сигнал:

на пятый положительный вход с коэффициентом усиления (K_ω/K_y)+(K_BR/K_yK_M) поступает сигнал где R - активное сопротивление якорной обмотки электродвигателя, К_в - коэффициент вязкого трения, K_у - коэффициент усиления усилителя 4, K_м - коэффициент крутящего момента, K_ω - коэффициент противоЭДС, М_т = const > 0 - величина момента сухого трения при движении электродвигателя, а на шестой положительный вход с коэффициентом усиления L/К_мК_у - сигнал где L - индуктивность якорной обмотки электродвигателя.

В результате на выходе сумматора 3 формируется сигнал

Кинетическая энергия всех движущихся масс исполнительного органа робота представляется в виде

а потенциальная энергия имеет вид

Учитывая, что



Из уравнения Лагранжа 2 рода несложно получить

Учитывая, что U = K_yU^*, q₁i_p= α₁, а также из уравнения электрической цепи и механической цепи /с учетом соотношения (2)/ для электродвигателей постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения, несложно показать, что рассматриваемый привод, управляющий координатой q₁ робота, можно описать следующим дифференциальным уравнением

Сформированный сигнал U^* (1), как несложно убедиться, обеспечивает превращение уравнения (3) с существенно переменными параметрами в уравнение с номинальными постоянными (желаемыми) параметрами: обеспечивающими рассматриваемому приводу поворота заданные динамические свойства и качественные показатели работы за счет постоянных значений J_Н и К_у.

Формула изобретения

Устройство для управления приводом робота, содержащее первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения и второй сумматор, последовательно соединенные первый усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен со входом устройства, последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы груза, четвертый сумматор, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого задатчика сигнала и второго квадратора, последовательно соединенные второй задатчик сигнала, пятый сумматор, третий блок умножения, шестой сумматор и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные второй датчик положения и седьмой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, первый функциональный преобразователь и третий квадратор, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения и второму входу седьмого сумматора, и четвертый квадратор, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь и пятый квадратор, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь и шестой квадратор, причем выходы третьего, четвертого, пятого и шестого квадраторов подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам четвертого сумматора, входы третьего и четвертого функциональных преобразователей соединены с выходом седьмого сумматора, выходы второго и четвертого функциональных преобразователей подключены соответственно к первым и вторым входам третьего и восьмого сумматоров, а выход последнего подключен ко входу второго квадратора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы и вторым входом пятого сумматора, пятый блок умножения, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, шестой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, и одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого соединен с выходом седьмого сумматора, двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика положения, пятый функциональный преобразователь и седьмой блок умножения, выход которого подключен к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего функционального преобразователя, а выход со вторым входом шестого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и шестой функциональный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом пятого блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через седьмой функциональный преобразователь подключен к выходу второго усилителя, а выход тринадцатого сумматора - ко второму входу седьмого блока умножения, выходы десятого и одиннадцатого блоков умножения подключены соответственно ко второму и третьему входам второго сумматора, выход релейного элемента подключен к четвертому входу второго сумматора, а вход - к выходу первого датчика скорости, первым входам десятого и одиннадцатого блоков умножения и пятому входу второго сумматора, второй вход десятого блока умножения соединен с выходом одиннадцатого сумматора, первый вход первого блока умножения подключен к выходу первого сумматора, а его второй вход - ко второму входу одиннадцатого блока умножения и выходу четвертого сумматора, при этом выход второго сумматора соединен со входом первого усилителя, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные двенадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом девятого сумматора, тринадцатый блок умножения, второй вход которого через восьмой функциональный преобразователь подключен к выходу третьего усилителя, четырнадцатый сумматор, четырнадцатый блок умножения, пятнадцатый сумматор, пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, и шестнадцатый сумматор, выход которого соединен с шестым входом второго сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и семнадцатый блок умножения, второй вход которого через девятый функциональный преобразователь соединен с выходом второго усилителя, последовательно соединенные семнадцатый и восемнадцатый сумматоры и восемнадцатый блок умножения, последовательно соединенные девятнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами второго и четвертого функциональных преобразователей, двадцатый блок умножения, девятнадцатый сумматор, двадцать первый блок умножения, двадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу семнадцатого блока умножения и второму входу четырнадцатого сумматора, третий вход которого соединен с выходом восемнадцатого блока умножения, и двадцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости и вторым входам семнадцатого сумматора и двадцатого блока умножения, последовательно соединенные десятый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, и двадцать третий блок умножения, второй вход которого соединен с выходом тринадцатого сумматора и со вторым входом двадцать первого блока умножения, восемнадцатый блок умножения предназначен для перемножения сигналов с выходов восемнадцатого сумматора и двадцать третьего блока умножения, последовательно соединенные первый датчик ускорения и двадцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, последовательно соединенные второй датчик ускорения и двадцать шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу десятого сумматора, последовательно соединенные третий датчик ускорения и двадцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу одиннадцатого сумматора, причем выход десятого функционального преобразователя через двадцать четвертый блок умножения соединен также со вторым входом девятнадцатого сумматора, а второй вход двадцать четвертого блока умножения подключен к выходу третьего датчика скорости, первому входу семнадцатого сумматора, вторым входам двенадцатого и четырнадцатого блоков умножения, а также восемнадцатого сумматора, первый вход которого соединен также со вторым входом шестнадцатого блока умножения, выходы двадцать второго, двадцать пятого и двадцать шестого блоков умножения подключены соответственно ко второму, третьему и четвертому входам пятнадцатого сумматора, а выходы третьего датчика ускорения и двадцать седьмого блока умножения подключены соответственно ко второму и третьему входам шестнадцатого сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2