электропривод манипулятора

Формула изобретения

Электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с шестерней, первый датчик положения, измеряющий величину выдвижения горизонтального звена робота относительно его вертикального звена, 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, к второму входу которого подключен первый датчик положения, пятый сумматор, к второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, вход устройства соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного выходом к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и квадратор, последовательно соединенные третий датчик скорости, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, четвертый и пятый блоки умножения, восьмой сумматор и шестой блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора и измеряющий угол поворота его вертикального звена относительно вертикальной оси, и первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, последовательно соединенные первый датчик ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и седьмой блок умножения, выход которого подключен ко второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные второй датчик ускорения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, восьмой блок умножения и девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу девятого блока умножения, а выход - ко второму входу третьего блока умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнал и десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и вторым входам первого и второго блоков умножения, а также второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, а второй вход седьмого сумматора соединен с выходом третьего датчика положения, установленного в пятой степени подвижности манипулятора и измеряющего линейное горизонтальное перемещение этого манипулятора относительно конкретной точки на рейке, неподвижно закрепленной в основании робота, с которой сцеплена шестерня, последовательно соединенные десятый и одиннадцатый блоки умножения, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к четвертому входу второго сумматора, а также третий датчик ускорения, механически связанный входом с выходным валом редуктора, а выходом - с шестым входом второго сумматора, последовательно соединенные тринадцатый блок умножения, двенадцатый сумматор, второй вход которого через первый дифференциатор соединен с выходом первого датчика ускорения, четырнадцатый блок умножения, тринадцатый сумматор и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу десятого сумматора и второму входу шестого блока умножения, а выход - к пятому входу второго сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу квадратора, а также первым входам девятого и тринадцатого блоков умножения, четырнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго дифференциатора, и семнадцатый блок умножения, выход которого соединен со вторым входом одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные восемнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, к первому входу десятого блока умножения и входу второго дифференциатора, а второй вход - к выходу третьего датчика скорости и второму входу тринадцатого блока умножения, пятнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока умножения, первый вход которого соединен с выходом второго датчика скорости и вторыми входами четвертого, десятого и шестнадцатого блоков умножения, а второй вход - с выходом первого датчика ускорения, и двадцатый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу тринадцатого сумматора, отличающийся тем, что выход первого функционального преобразователя подключен ко вторым входам пятого, восьмого, семнадцатого и двадцатого блоков умножения, а выход второго функционального преобразователя соединен с вторыми входами седьмого, девятого, одиннадцатого и четырнадцатого блоков умножения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании систем управления приводами роботов.

Известен 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, первый датчик положения, измеряющий величину выдвижения горизонтального звена робота относительно его вертикального звена, 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, вход устройства соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного выходом к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен со вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход третьего блока умножения подключен 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 третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, пятый блок умножения, восьмой сумматор и шестой блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, измеряющий угол поворота вертикального звена относительно вертикальной оси, и первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, а также седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, а его выход - ко второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные второй датчик ускорения, восьмой блок умножения и девятый сумматор, выход которого подключен ко второму входу третьего блока умножения, а его второй вход - к выходу девятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу квадратора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала и десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а его выход - ко второму входу шестого блока умножения, вход второго функционального преобразователя, реализующего функцию cos, соединен с выходом второго датчика положения, а второй вход седьмого сумматора соединен с выходом третьего датчика положения, измеряющего линейное горизонтальное перемещение всего робота относительно конкретной точки на рейке, неподвижно закрепленной в основании робота, с которой сцеплена шестерня, причем вторые входы пятого и восьмого блоков умножения подключены к выходу первого функционального преобразователя, а вторые входы седьмого и девятого блоков умножения - к выходу второго функционального преобразователя (см. патент РФ № 2385481, БИ № 9, 2010 г.).

Недостатком этого устройства является то, что в нем не учитывается, считаясь малой, электрическая постоянная времени рассматриваемого электродвигателя манипулятора. При учете указанной постоянной времени в этом электродвигателе 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.

Известен также 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, первый датчик положения, измеряющий величину выдвижения горизонтального звена робота относительно его вертикального звена, 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, вход устройства соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного выходом к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и квадратор, выход третьего блока умножения подключен 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 третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, пятый блок умножения, восьмой сумматор и шестой блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, измеряющий угол поворота вертикального звена относительно вертикальной оси, первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, и седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, а его выход - ко второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные второй датчик ускорения, восьмой блок умножения и девятый сумматор, выход которого подключен ко второму входу третьего блока умножения, а его второй вход - к выходу девятого блока умножения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам квадратора и первого функционального преобразователя, последовательно соединенные третий задатчик сигнал и десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а его выход - ко второму входу шестого блока умножения, вторые входы пятого и восьмого блоков умножения через второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключены к выходу второго датчика положения, а второй вход седьмого сумматора соединен с выходом третьего датчика положения, измеряющего линейное горизонтальное перемещение всего робота относительно конкретной точки на рейке, неподвижно закрепленной в основании робота, с которой сцеплена шестерня, последовательно соединенные десятый и одиннадцатые блоки умножения, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к четвертому входу второго сумматора, последовательно соединенные тринадцатый блок умножения, двенадцатый сумматор, второй вход которого через первый дифференциатор соединен с выходом первого датчика ускорения, четырнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя и второму входу одиннадцатого блока умножения, тринадцатый сумматор и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу десятого сумматора, а выход - к пятому входу второго сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу квадратора и первому входу тринадцатого блока умножения, четырнадцатый сумматор, второй вход которого через второй дифференциатор подключен к выходу второго датчика ускорения, и семнадцатый блок умножения, выход которого соединен со вторым входом одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные восемнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения и первому входу десятого блока умножения, а его второй вход - к выходу третьего датчика скорости и второму входу тринадцатого блока умножения, пятнадцатый сумматор, второй вход которого через девятнадцатый блок умножения подключен к выходу второго датчика скорости, второму входу шестнадцатого блока умножения и второму входу десятого блока умножения, и двадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя и вторым входом семнадцатого блока умножения, а выход - со вторым входом тринадцатого сумматора, а также третий датчик ускорения, механически связанный входом с электродвигателем, а выходом - с шестым входом второго сумматора, причем второй вход девятнадцатого блока умножения подключен к выходу первого датчика ускорения (см. патент РФ № 2309444, БИ № 30, 2007 г.).

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению. Недостатком этого устройства является то, что оно эффективно только для манипулятора с другой кинематической схемой, имеющей всего четыре степени подвижности. Для рассматриваемого электропривода характерен иной закон моментного воздействия со стороны других степеней подвижности движущегося пятистепенного манипулятора, которое данным устройством точно не компенсируется.

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 манипулятора по всем пяти рассматриваемым степеням подвижности и, тем самым, повышение динамической точности его управления.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании нового вида сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение такого моментного воздействия, которое точно компенсирует вредное моментное воздействие со стороны остальных степеней подвижности на качественные показатели работы рассматриваемого электропривода с учетом электрической постоянной времени электродвигателя.

Поставленная задача решается тем, что в электроприводе манипулятора, содержащем последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с шестерней, первый датчик положения, измеряющий величину выдвижения горизонтального звена робота относительно его вертикального звена, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выход первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, к второму входу которого подключен первый датчик положения, пятый сумматор, к второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, вход устройства соединен с первым входом седьмого сумматора, подключенного выходом к первому входу первого сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу первого сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и квадратор, последовательно соединенные третий датчик скорости, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, четвертый и пятый блоки умножения, восьмой сумматор и шестой блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора и измеряющий угол поворота его вертикального звена относительно вертикальной оси, и первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, последовательно соединенные первый датчик ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и седьмой блок умножения, выход которого подключен ко второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные второй датчик ускорения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, восьмой блок умножения и девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу девятого блока умножения, а выход - ко второму входу третьего блока умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала и десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и вторым входам первого и второго блоков умножения, а также второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, а второй вход седьмого сумматора соединен с выходом третьего датчика положения, установленного в пятой степени подвижности манипулятора и измеряющего линейное горизонтальное перемещение этого манипулятора относительно конкретной точки на рейке, неподвижно закрепленной в основании робота, с которой сцеплена шестерня, последовательно соединенные десятый и одиннадцатый блоки умножения, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход - к четвертому входу второго сумматора, а также третий датчик ускорения, механически связанный входом с выходным валом редуктора, а выходом - с шестым входом второго сумматора, последовательно соединенные тринадцатый блок умножения, двенадцатый сумматор, второй вход которого через первый дифференциатор соединен с выходом первого датчика ускорения, четырнадцатый блок умножения, тринадцатый сумматор и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу десятого сумматора и второму входу шестого блока умножения, а выход - к пятому входу второго сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу квадратора, а также первым входам девятого и тринадцатого блоков умножения, четырнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго дифференциатора, и семнадцатый блок умножения, выход которого соединен со вторым входом одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные восемнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, к первому входу десятого блока умножения и входу второго дифференциатора, а второй вход - к выходу третьего датчика скорости и второму входу тринадцатого блока умножения, пятнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока умножения, первый вход которого соединен с выходом второго датчика скорости и вторыми входами четвертого, десятого и шестнадцатого блоков умножения, а второй вход - с выходом первого датчика ускорения, и двадцатый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу тринадцатого сумматора, выход первого функционального преобразователя подключен ко вторым входам пятого, восьмого, семнадцатого и двадцатого блоков умножения, а выход второго функционального преобразователя соединен с вторыми входами седьмого, девятого, одиннадцатого и четырнадцатого блоков умножения.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают высокую точность и устойчивость рассматриваемого электропривода манипулятора в условиях существенного изменения параметров его нагрузки.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого электропривода манипулятора, на фиг.2 - его кинематическая схема, а на фиг.3 - вид сверху в проекции на горизонтальную плоскость XY.

Электропривод манипулятора содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, усилитель 4 и электродвигатель 5, связанный с первым датчиком 6 скорости непосредственно и через редуктор 7 с шестерней 8, первый датчик 9 положения, измеряющий величину выдвижения горизонтального звена робота относительно его вертикального звена, последовательно соединенные релейный блок 10 и третий сумматор 11, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора 1, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала, четвертый сумматор 13, к второму входу которого подключен первый датчик 9 положения, пятый сумматор 14, к второму входу которого подключен второй задатчик 15 сигнала, второй блок 16 умножения, шестой сумматор 17, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора 13, и третий блок 18 умножения, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора 11, а также датчик 19 массы, вход устройства соединен с первым входом седьмого сумматора 20, подключенного выходом к первому входу первого сумматора 1, выход третьего сумматора 11 соединен с вторым входом второго сумматора 3, третий вход которого подключен к выходу первого сумматора 1, последовательно соединенные второй датчик 21 скорости, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и квадратор 22, последовательно соединенные третий датчик 23 скорости, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, четвертый 24 и пятый 25 блоки умножения, восьмой сумматор 26 и шестой блок 27 умножения, выход которого подключен к четвертому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные второй датчик 28 положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора и измеряющий угол поворота его вертикального звена относительно вертикальной оси, и первый функциональный преобразователь 29, реализующий функцию sin, последовательно соединенные первый датчик 30 ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и седьмой блок 31 умножения, выход которого подключен ко второму входу восьмого сумматора 26, последовательно соединенные второй датчик 32 ускорения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, восьмой блок 33 умножения и девятый сумматор 34, второй вход которого подключен к выходу девятого блока 35 умножения, а выход - ко второму входу третьего блока 18 умножения, последовательно соединенные третий задатчик 36 сигнала и десятый сумматор 37, второй вход которого подключен к выходу датчика 19 массы и вторым входам первого 2 и второго 16 блоков умножения, а также второй функциональный преобразователь 38, реализующий функцию cos, вход которого подключен к выходу второго датчика 28 положения, а второй вход седьмого сумматора 20 соединен с выходом третьего датчика 39 положения, установленного в пятой степени подвижности манипулятора и измеряющего линейное горизонтальное перемещение этого манипулятора относительно конкретной точки на рейке, неподвижно закрепленной в основании робота, с которой сцеплена шестерня 8, последовательно соединенные десятый 40 и одиннадцатый 41 блоки умножения, одиннадцатый сумматор 42 и двенадцатый блок 43 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 17, а выход - к четвертому входу второго сумматора 3, а также третий датчик 44 ускорения, механически связанный входом с выходным валом редуктора 7, а выходом - с шестым входом второго сумматора 3, последовательно соединенные тринадцатый блок 45 умножения, двенадцатый сумматор 46, второй вход которого через первый дифференциатор 47 соединен с выходом первого датчика 30 ускорения, четырнадцатый блок 48 умножения, тринадцатый сумматор 49 и пятнадцатый блок 50 умножения, второй вход которого подключен к выходу десятого сумматора 37 и второму входу шестого блока 27 умножения, а выход - к пятому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные шестнадцатый блок 51 умножения, первый вход которого подключен к выходу квадратора 22, а также первым входам девятого 35 и тринадцатого 45 блоков умножения, четырнадцатый сумматор 52, второй вход которого подключен к выходу второго дифференциатора 53, и семнадцатый блок 54 умножения, выход которого соединен со вторым входом одиннадцатого сумматора 42, последовательно соединенные восемнадцатый блок 55 умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика 32 ускорения, к первому входу десятого блока 41 умножения и входу второго дифференциатора 53, а второй вход - к выходу третьего датчика 23 скорости и второму входу тринадцатого блока 45 умножения, пятнадцатый сумматор 56, второй вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока 57 умножения, первый вход которого соединен с выходом второго датчика 21 скорости и вторыми входами четвертого 24, десятого 40 и шестнадцатого 51 блоков умножения, а второй вход - с выходом первого датчика 30 ускорения, и двадцатый блок 58 умножения, выход которого подключен ко второму входу тринадцатого сумматора 49, выход первого функционального преобразователя 29 подключен ко вторым входам пятого 25, восьмого 33, семнадцатого 54 и двадцатого 58 блоков умножения, а выход второго функционального преобразователя 38 соединен с вторыми входами седьмого 31, девятого 35, одиннадцатого 41 и четырнадцатого 48 блоков умножения.

На чертежах введены следующие обозначения: q_BX - сигнал с выхода программного устройства; - сигнал ошибки электропривода; U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 5; q _i - обобщенные координаты соответствующих степеней подвижности манипулятора ; m_i, m_Г - массы соответствующих звеньев манипулятора и груза (i=2,3); l₃=const - расстояние от центра масс горизонтального звена до средней точки схвата; - расстояния от оси вращения горизонтального звена до его центра масс при q₃=0; - скорость вращения ротора электродвигателя пятой степени подвижности манипулятора; , , , , , - соответственно, скорости и ускорения в первой и третьей, а также ускорения в четвертой и пятой степенях подвижности манипулятора.

Рассматриваемый электропривод, управляющий обобщенной координатой q₅, при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния степеней подвижности манипулятора, имеет переменные параметры, изменяющиеся в широких пределах. Это снижает показатели качества указанного электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы. В результате возникает задача обеспечения инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных характеристик, что позволяет обеспечить стабильность заданного качества системы управления.

Конструкция манипулятора (фиг.2) обеспечивает вертикальное перемещение груза (координата q₂), его вращение в горизонтальной плоскости (координата q₁ ) и горизонтальные прямолинейные перемещения (координаты q ₃, q₄ и q₅). Изменение координаты q₅ обеспечивается посредством передачи шестерня - рейка. Рейка установлена на основании манипулятора, а шестерня 8 - на выходном валу редуктора 7 и имеет радиус r. В процессе движения манипулятора на его пятую степень подвижности действует сила

Сила F в процессе движения манипулятора создает на выходном валу редуктора 7 момент, равный

С учетом соотношения (1), а также уравнения электрической

и механической

цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения, рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q₅, описывается следующим дифференциальным уравнением

г

где R и L - активное сопротивление и индуктивность якорной цепи электродвигателя 5; J - момент инерции якоря электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу электродвигателя; k_M - коэффициент крутящего момента; k - коэффициент противоЭДС; k_B - коэффициент вязкого трения; М_стр - момент сухого трения; i _p - передаточное отношение редуктора 7; k_y - коэффициент усиления усилителя 4; i - ток якоря электродвигателя 5; - ускорение вращения вала электродвигателя 5. Причем и =0.

Параметры и динамические свойства электропривода, управляющего координатой q₅, являются существенно переменными, зависящими от q₁, q₃, , , , , , и m_Г. В связи с этим для качественного управления координатой q₅ необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое смогло бы точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат q₁, q₃, , , , , , и груза m_Г на динамические свойства рассматриваемого электропривода (координата q₅). То есть стабилизировало бы параметры этого электропривода таким образом, чтобы он всегда описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.

Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки =q_ВХ-q₅ после коррекции в блоках 1, 2, 3, усиливаясь, поступает на электродвигатель 5, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U, моментов трения и внешнего моментного воздействия М_В.

Первый положительный вход сумматора 1 (со стороны сумматора 20) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный - коэффициент усиления . Поэтому на выходе сумматора 1 формируется сигнал

Все положительные входы сумматоров 13 и 14 имеют единичные коэффициенты усиления. На выходах первого 12 и второго 15 задатчиков сигнала формируются сигналы и l₃=const, соответственно. В результате на выходе сумматора 13 формируется сигнал , а на выходе сумматора 14 - сигнал , так как датчик 9 установлен в третьей степени подвижности манипулятора и измеряет координату q₃.

Первый положительный вход сумматора 17 (со стороны блока 16) имеет коэффициент усиления r/i_p, а его второй положительный вход - коэффициент усиления rm₃/i_p. В результате на выходе сумматора 17 формируется сигнал .

Датчик 28 измеряет координату q₁ . Первый 29 и второй 38 функциональные преобразователи реализуют функции sinq₁ и cosq₁, соответственно. Датчики 21 и 32 измеряют скорость и ускорение , соответственно, а датчики 23 и 30 измеряют скорость и ускорение , соответственно. В результате на выходе блока 25 формируется сигнал , а на выходе блока 31 - сигнал .

Первый отрицательный (со стороны блока 25) и второй положительный входы сумматора 26 имеют коэффициенты усиления 2r/i_p и r/i_p, соответственно. Задатчик 36 формирует сигнал, равный массе горизонтального звена m₃. Сумматор 37 имеет положительные входы с единичными коэффициентами усиления. В результате на выходе блока 27 формируется сигнал .

На выходе блока 35 формируется сигнал , а на выходе блока 33 - сигнал . Положительные входы сумматора 34 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе блока 18 формируется сигнал .

Второй положительный вход сумматора 11 (со стороны датчика 6) имеет коэффициент усиления

,

а остальные три его положительных входа - единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал

Выходной сигнал релейного блока 10 имеет вид

где |M_T| - величина момента сухого трения при движении.

Первый и второй положительные входы сумматора 56 имеют коэффициенты усиления, равные 3. В результате на его выходе формируется сигнал .

Первый (со стороны блока 51) отрицательный и второй положительный входы сумматора 52 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал .

Первый (со стороны блока 45) отрицательный вход сумматора 46 имеет коэффициент усиления, равный 3, а его второй положительный вход - единичный коэффициент усиления. В результате на его выходе формируется сигнал .

Первый (со стороны блока 54) и второй положительные входы сумматора 42 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 3, соответственно. В результате на его выходе формируется сигнал .

Первый положительный (со стороны блока 48) и второй отрицательный входы сумматора 49 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал

Сумматор 3 имеет отрицательный вход со стороны блока 43, а все остальные его входы положительные. Его первый вход (со стороны блока 2) имеет коэффициент усиления, равный , второй (со стороны сумматора 11) - коэффициент усиления, равный , третий (со стороны сумматора 1) - коэффициент усиления, равный , четвертый (со стороны блока 43) - коэффициент усиления, равный L/(k_Mk_y), пятый (со стороны блока 50) - коэффициент усиления, равный Lr/(i_pk_M k_y), а шестой (со стороны датчика 44) - коэффициент усиления, равный Lk_Bi_p/(k_Mk _y). Датчик 44 измеряет сигнал В результате на выходе сумматора 3 формируется сигнал

Поскольку при движении электропривода достаточно точно соответствует М_стр, то, подставив полученное значение U* в соотношение (2), получим уравнение , которое имеет постоянные желаемые параметры. То есть предложенный электропривод, управляющий координатой q₅ , будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями.

Таким образом, за счет введения новых связей удалось обеспечить полную инвариантность рассматриваемого электропривода к эффектам взаимовлияния между всеми степенями подвижности манипулятора и моменту трения. Это позволяет получить стабильно высокое качество управления в любых режимах работы этого электропривода.