электропривод манипулятора

Формула изобретения

Самонастраивающийся электропривод манипуляционного робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и 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 образует вход устройства, последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы захваченного груза и 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, 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 - с вторым входом шестого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и шестой функциональный преобразователь, выход которого соединен с вторым входом пятого блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через седьмой функциональный преобразователь подключен к выходу второго усилителя, а выход тринадцатого сумматора - к второму входу седьмого блока умножения, а также десятый и одиннадцатый блоки умножения, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам второго сумматора, релейный элемент, выход которого 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, причем второй вход десятого блока умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора, второй вход первого блока умножения соединен с вторым входом одиннадцатого блока умножения и выходом четвертого сумматора, последовательно соединенные восьмой функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу первого датчика положения, двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого через четырнадцатый сумматор подключен к выходу четырнадцатого блока умножения, первый и второй входы которого соответственно подключены к выходам четвертого функционального преобразователя и тринадцатого сумматора, а выход - к шестому входу второго сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик сигнала, пятнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные девятый функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу первого датчика положения, шестнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, и семнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора, а выход - к седьмому входу второго сумматора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании приводов манипуляционных 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 образует вход 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, 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 - с вторым входом шестого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и шестой функциональный преобразователь, выход которого соединен с вторым входом пятого блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через седьмой функциональный преобразователь подключен к выходу второго усилителя, а выход тринадцатого сумматора - к второму входу седьмого блока умножения, а также десятый и одиннадцатый блоки умножения, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам второго сумматора, релейный элемент, выход которого 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, причем второй вход десятого блока умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора, первый вход первого блока умножения соединен с выходом первого сумматора, а его второй вход - с вторым входом одиннадцатого блока умножения и выходом четвертого сумматора, при этом выход второго сумматора подключен к входу первого усилителя (Патент РФ № 2063866. БИ № 20, 1996).

Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено для электропривода манипуляционного робота, имеющего меньше степеней подвижности. В результате это устройство не будет точно компенсировать все переменные нагрузочные характеристики рассматриваемого электропривода и обеспечивать требуемую динамическую точность его работы.

Известен также самонастраивающийся электропривод манипуляционного робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и 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 с входом устройства, последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы захваченного груза и 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, 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 - к второму входу седьмого блока умножения, а также десятый и одиннадцатый блоки умножения, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам второго сумматора, и релейный элемент, выход которого 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, причем второй вход десятого блока умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора, второй вход первого блока умножения соединен со вторым входом одиннадцатого блока умножения и выходом четвертого сумматора, последовательно соединенные восьмой функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу первого датчика положения, двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика ускорения, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого через четырнадцатый сумматор подключен к выходу четырнадцатого блока умножения, первый и второй входы которого соответственно подключены к выходам четвертого функционального преобразователя и тринадцатого сумматора, а выход - к шестому входу второго сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик сигнала, пятнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора (Патент РФ № 2372638. БИ № 31, 2009).

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению.

Недостатком этого устройства является то, что оно также предназначено для манипулятора, имеющего меньше степеней подвижности. В результате оно не будет точно компенсировать все переменные нагрузочные характеристики рассматриваемого электропривода и обеспечивать требуемую динамическую точность его работы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении манипулятора одновременно по всем его пяти степеням подвижности.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение необходимого моментного воздействия, точно компенсирующего вредные переменные моментные воздействия.

Поставленная задача решается тем, что в электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и 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 с входом устройства, последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы захваченного груза и 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, 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 - к второму входу седьмого блока умножения, а также десятый и одиннадцатый блоки умножения, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам второго сумматора, и релейный элемент, выход которого 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, причем второй вход десятого блока умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора, второй вход первого блока умножения соединен со вторым входом одиннадцатого блока умножения и выходом четвертого сумматора, последовательно соединенные восьмой функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу первого датчика положения, двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого через четырнадцатый сумматор подключен к выходу четырнадцатого блока умножения, первый и второй входы которого соответственно подключены к выходам четвертого функционального преобразователя и тринадцатого сумматора, а выход - к шестому входу второго сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик сигнала, пятнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора, дополнительно вводятся последовательно соединенные девятый функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу первого датчика положения, шестнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, и семнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора, а выход - к седьмому входу второго 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 рассматриваемым электроприводом манипулятора в условиях существенного и быстрого изменения параметров нагрузки, обусловленного полным эффектом взаимовлияния между всеми степенями подвижности этого работающего манипулятора.

Блок-схема предлагаемого электропривода манипулятора представлена на фиг.1. На фиг.2 представлена кинематическая схема манипулятора.

Электропривод манипулятора содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, первый усилитель 4 и электродвигатель 5, связанный с первым датчиком скорости 6 непосредственно и через редуктор 7 с первым датчиком 8 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, второй вход которого образует вход устройства, последовательно соединенные третий сумматор 9, первый квадратор 10, второй блок 11 умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика 12 массы захваченного груза и четвертый сумматор 13, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого задатчика 14 постоянного сигнала и второго квадратора 15, последовательно соединенные второй задатчик 16 постоянного сигнала, пятый сумматор 17, третий блок 18 умножения, шестой сумматор 19 и четвертый блок 20 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости, последовательно соединенные второй датчик 22 положения и седьмой сумматор 23, последовательно соединенные третий датчик 24 положения, первый функциональный преобразователь 25 и третий квадратор 26, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь 27, вход которого подключен к выходу третьего датчика 24 положения и второму входу седьмого сумматора 23, и четвертый квадратор 28, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь 29 и пятый квадратор 30, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь 31 и шестой квадратор 32, причем выходы третьего 26, четвертого 28, пятого 30 и шестого 32 квадраторов подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам четвертого сумматора 13, входы третьего 29 и четвертого 31 функциональных преобразователей соединены с выходом седьмого сумматора 23, выходы второго 27 и четвертого 31 функциональных преобразователей подключены соответственно к первым и вторым входам третьего 9 и восьмого 33 сумматоров, а выход последнего подключен ко входу второго квадратора 15, последовательно соединенные третий задатчик 34 постоянного сигнала, девятый сумматор 35, второй вход которого соединен с выходом датчика 12 массы и вторым входом пятого сумматора 17, пятый блок 36 умножения, десятый сумматор 37, второй вход которого подключен к выходу третьего блока 18 умножения, шестой блок 38 умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика 39 скорости, и одиннадцатый сумматор 40, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока 20 умножения, последовательно соединенные второй усилитель 41, вход которого соединен с выходом седьмого сумматора 23, двенадцатый сумматор 42, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 22 положения, пятый функциональный преобразователь 43 и седьмой блок 44 умножения, выход которого подключен к третьему входу десятого сумматора 37, последовательно соединенные четвертый задатчик 45 постоянного сигнала, тринадцатый сумматор 46, второй вход которого соединен с выходом датчика 12 массы, восьмой блок 47 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя 27, и девятый блок 48 умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего функционального преобразователя 29, а выход - с вторым входом шестого сумматора 19, последовательно соединенные третий усилитель 49, вход которого подключен к выходу третьего датчика 24 положения, и шестой функциональный преобразователь 50, выход которого соединен с вторым входом пятого блока 36 умножения, причем второй вход третьего блока 18 умножения через седьмой функциональный преобразователь 51 подключен к выходу второго усилителя 41, а выход тринадцатого сумматора 46 - к второму входу седьмого блока 44 умножения, а также десятый 52 и одиннадцатый 53 блоки умножения, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам второго сумматора 3, релейный элемент 54, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора 3, а вход - к выходу первого датчика 6 скорости, первым входам десятого 52 и одиннадцатого 53 блоков умножения и пятому входу второго сумматора 3, причем второй вход десятого блока 52 умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора 40, второй вход первого блока 2 умножения соединен с вторым входом одиннадцатого блока 53 умножения и выходом четвертого сумматора 13, последовательно соединенные восьмой функциональный преобразователь 55, подключенный входом к выходу первого датчика 8 положения, двенадцатый блок 56 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 57 ускорения, и тринадцатый блок 58 умножения, второй вход которого через четырнадцатый сумматор 59 подключен к выходу четырнадцатого блока 60 умножения, первый и второй входы которого соответственно подключены к выходам четвертого функционального преобразователя 31 и тринадцатого сумматора 46, а выход - к шестому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные пятый задатчик 61 сигнала, пятнадцатый сумматор 62, второй вход которого подключен к выходу датчика 12 массы, и пятнадцатый блок 63 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя 27, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора 59, последовательно соединенные девятый функциональный преобразователь 64, подключенный входом к выходу первого датчика 8 положения, шестнадцатый блок 65 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 66 ускорения, и семнадцатый блок 67 умножения, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора 59, а выход - к седьмому входу второго сумматора 3, объект управления 68.

На указанных фигурах введены следующие обозначения: _вх - сигнал с выхода программного устройства; - сигнал ошибки; U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем; q_i - обобщенные координаты соответствующих степеней подвижности манипулятора ; m_i, m_г - массы соответствующих звеньев манипулятора и груза ; l₂, l₃ - длины соответствующих звеньев; , - расстояния от осей вращения соответствующих звеньев манипулятора до их центров масс; , - скорости изменения соответствующих обобщенных координат манипулятора; - скорость вращения ротора электродвигателя первой степени подвижности манипулятора; , - ускорения в четвертой и пятой степенях подвижности манипулятора соответственно.

Кроме того, полагается, что J _si - моменты инерции соответствующих звеньев манипулятора относительно их продольных осей ; J_Ni - моменты инерции соответствующих звеньев манипулятора относительно поперечных осей, проходящих через их центры масс (i=2, 3).

Рассматриваемый электропривод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния между всеми степенями подвижности манипулятора обладает переменными моментными нагрузочными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает динамическую точность его работы и даже приводит к потере устойчивости. В результате для повышения динамической точности и устойчивости работы этого электропривода возникает задача, связанная с обеспечением полной инвариантности его динамических свойств к изменениям моментных нагрузочных характеристик.

Устройство работает следующим образом. На вход электропривода подается воздействие _вх, обеспечивающее требуемый закон управления первой степенью подвижности манипулятора (координата q₁ на фиг.2). На выходе сумматора 1 вырабатывается сигнал ошибки , который после коррекции в элементах 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 М_в на электропривод.

Датчики 55, 24 и 22 соответственно измеряют обобщенные координаты q ₁, q₂, q₃. Сумматор 23 имеет положительные входы с единичными коэффициентами усилия, поэтому на его выходе формируется сигнал q₂+q₃. Усилители 41 и 49 имеют коэффициенты усиления 2. Сумматор 42 имеет первый положительный вход (со стороны усилителя 41) и второй отрицательный с единичными коэффициентами усиления. Поэтому на его выходе формируется сигнал 2q₂+q₃. Функциональные преобразователи 25, 29, 43, 50, 51 и 55 реализуют функцию sin, а функциональные преобразователи 27, 31, 64 - функцию cos. В результате на выходе третьего 26, четвертого 28, пятого 30 и шестого 32 квадраторов соответственно формируются сигналы sin²q₂ , cos²q₂, sin²(q₂ +q₃), cos²(q₂+q₃).

Первый (со стороны функционального преобразователя 27) и второй положительные входы сумматора 33 соответственно имеют коэффициенты усиления l₂ и . В результате на выходе квадратора 15 формируется сигнал 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 формируется сигнал т.к. датчик 12 измеряет массу захваченного груза m _г.

На выходе задатчика 14 формируется сигнал , где J - момент инерции ротора электродвигателя и вращающихся частей редуктора (приведены к валу электродвигателя), i_p - передаточное отношение редуктора. Первый (со стороны блока 11) и второй (со стороны задатчика 14) положительные входы сумматора 13 имеют единичные коэффициенты усиления. Его третий (со стороны квадратора 15), четвертый (со стороны квадратора 26), пятый (со стороны квадратора 28), шестой (со стороны квадратора 30) и седьмой (со стороны квадратора 32) положительные входы соответственно имеют коэффициенты усиления m₃, J_s2, , J_s3 и J_N3. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал

Датчики скорости 39 и 21 измеряют соответственно и .

На выходе задатчика 34 формируется сигнал . Первый (со стороны задатчика 34) и второй положительные входы сумматора 35 соответственно имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный . В результате на выходе блока умножения 36 формируется сигнал .

Задатчик 16 формирует сигнал . Первый (со стороны задатчика 16) и второй положительные входы сумматора 17 соответственно имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный . В результате на выходе блока 18 формируется сигнал .

Задатчик 45 формирует сигнал . Первый (со стороны задатчика 45) и второй положительные входы сумматора 46 соответственно имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 2l₂l₃ . В результате на выходе блока 44 формируется сигнал .

Три положительных входа сумматора 37 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на выходе блока 38 формируется сигнал

На выходе блока 47 формируется сигнал , поэтому с учетом того, что оба положительных входа сумматора 19 имеют единичные коэффициенты усиления, на выходе блока 20 формируется сигнал

Датчики 57 и 66 соответственно измеряют ускорения и В результате на выходах блоков 56 и 65 соответственно формируются сигналы и На выходе задатчика 61 формируется сигнал, равный Первый (со стороны задатчика 61) и второй положительные входы сумматора 62 имеют соответственно единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный l₂. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал , а на выходе блока 63 - сигнал .

Второй (со стороны блока 63) и первый положительные входы сумматора 59 имеют соответственно единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 1/2l ₂. В результате на выходе сумматора 59 формируется сигнал , а на выходе блоков 58 и 67 - суммарный сигнал

Оба отрицательных входа сумматора 40 имеют единичные коэффициенты усиления, поэтому на его выходе формируется сигнал - (А+В). На первый положительный вход сумматора 3 (со стороны блока 2) с коэффициентом усиления поступает сигнал , на его второй положительный вход (со стороны блока 52) с коэффициентом усиления - сигнал - на третий отрицательный вход (со стороны блока 53) с коэффициентом усиления - сигнал , на четвертый положительный вход (со стороны релейного элемента 54) с коэффициентом усиления R/(K_MK_у ) - сигнал

на пятый положительный вход (со стороны датчика 6) с коэффициентом усиления - сигнал , а на его шестой и седьмой отрицательные входы (со стороны блоков 58 и 67), имеющие коэффициенты усиления - суммарный сигнал С, где R - активное сопротивление якорной обмотки электродвигателя. K_B - коэффициент вязкого трения, K_у - коэффициент усиления усилителя 4, K _М - коэффициент крутящего момента, K - коэффициент противо-ЭДС, М_Т=const - величина момента сухого трения при движении электродвигателя.

В результате на выходе сумматора 3 формируется сигнал

Из уравнения Лагранжа 2 рода несложно получить

Учитывая, что U=K_уU*, q ₁i_p= ₁, а также уравнения электрической цепи и механической цепи (с учетом соотношения (2))

для электродвигателей постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения, несложно показать, что рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q₁ манипулятора, можно списать следующим дифференциальным уравнением

Поскольку при движении электропривода , достаточно точно соответствует М_стр, то сформированный сигнал U* (1), как несложно убедиться, обеспечивает превращение уравнения (3) с существенно переменными параметрами в уравнение с номинальными постоянными (желаемыми) параметрами

обеспечивающими рассматриваемому электроприводу заданные динамические свойства и качественные показатели работы за счет выбора желаемых постоянных значений J_N и K _у.