Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Первый этап синтеза составляет - нахождение эквивалентного описания исходной системы, т.е. представление ее в виде структуры, изображенной на рисунке 1.15, и равнозначной следующему математическому описанию:

- для ЛСЧ (прямой связи)

- для ННЧ (обратной связи)

q(t) = - F(z₀(t)).

На втором этапе обеспечивается разрешение ИНП, как правило, записанного в следующем виде:

что по существу приводит к нахождению или синтезу некоторого явного вида векторного (или скалярного) функционала F(z₀(t)) из условия выполнения ИНП.

На третьем этапе осуществляется решение проблемы положительности ЛСЧ, что означает определение в условиях априорной неопределенности числовых значений элементов вектора g, исходя из выполнения требований, сформулированных в вышеуказанном следствии и накладываемых на полином следующего вида: g^TL^Tadj(pE - A) B.

Отметим, что условия или уровень априорной неопределенности обычно формулируются в постановке задачи синтеза системы адаптации.

Укажем также, что очередность проведения второго и третьего этапов синтеза может осуществляться в обратном порядке.

Действительно, данные этапы синтеза связаны с разрешением проблем положительности ЛСЧ и ННЧ, которые, как отмечалось выше, являются независимыми друг от друга.

Четвертый этап заключительный. На нем осуществляется проверка выполнения или достижимости поставленных целей управления, что и завершает процедуру аналитического синтеза системы адаптации.

1. Техническая часть

1. Функциональное описание робототехнической системы

Базовым элементом робота является манипулятор – механизм, обладающий несколькими степенями подвижности, который предназначен для перемещения и ориентации объектов в рабочем пространстве.

1. Манипулятор

Рассмотрим основные элементы функциональной схемы системы управления промышленным роботом, обратимся к рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 – Функциональная схема системы управления роботом

Рисунок 2.2 – Конструкции промышленных манипуляторов

а– PUMA-560; б– UNIMATE

Многозвенная конструкция манипулятора заканчивается сменным схватом, предназначенным для захвата объектов определенной формы. Вместо схвата на конце этой конструкции может быть закреплен сменный инструмент (гайковерт, фреза, сверло, метчик и т. п.).

В этом случае с помощью манипулятора могут быть выполнены различные технологические операции, например зачистка заготовок, нарезание резьбы, сверление отверстий.

Две характерные конструкции манипуляторов показаны на рисунке 2.2. Один из них имеет только шарнирные соединения (рисунок 2.2, а). Его звенья могут поворачиваться относительно трех основных осей О1, О2 и О3, обеспечивающих перемещение схвата в рабочей зоне; еще две оси О4 и О5 определяют ориентирующие движения схвата. Второй манипулятор (рисунок 2.2, б) кроме вращений относительно осей О1, О2 и О3 допускает поступательное перемещение звеньев вдоль оси О4.

Напомним, что механизмом называют систему тел, предназначенную д ля п ре об ра зо ва ни я д ви же ни я о дн их т ел в т ре бу ем ое д ви же ни е д ру ги х. М ан ип ул яц ио нн ый м ех ан из м(м ан ип ул ят ор) п ре дс та вл яе т с об ой с ис те му т ел, к от ор ые п ре дн аз на че ны д ля п ер ем ещ ен ия т ел а, у де рж ив ае мо го в с хв ат е м ан ип ул ят ор а (и нс тр ум ен та, д ет ал и). Т ел а, о бр аз ую щи е м ан ип ул ят ор, н аз ыв аю т е го з ве нь ям и.

З ве нь я, о бр аз ую щи е п оп ар ны е с ое ди не ни я и д оп ус ка ющ ие о тн ос ит ел ьн ые п ер ем ещ ен ия, н аз ыв аю т к ин ем ат ич ес ки ми п ар ам и. К аж до е з ве но, р ас см ат ри ва ем ое к ак т ве рд ое т ел о, и ме ет ш ес ть с те пе не й с во бо ды.

Е сл и в к ин ем ат ич ес ко й п ар е н а о тн ос ит ел ьн ое д ви же ни е з ве нь ев н ал ож ен о S у сл ов ий с вя зи (ч ис ло S о пр ед ел яе т к ла сс к ин ем ат ич ес ко й п ар ы), т о ч ис ло с те пе не й с во бо ды к ин ем ат ич ес ко й п ар ы р ав но

П ри S=0 з ве нь я в за им но с во бо дн ы, а п ри S=6 – в за им но н еп од ви жн ы, т.е. 1 ≤ S ≤ 6. Т ак, д ля ш ар ов ог о ш ар ни ра S=3, h=3. Д ля ц ил ин др ич ес ко й п ар ы S=4, h=2. Д ля п ро ст ог о ц ил ин др ич ес ко го ш ар ни ра и п ри зм ат ич ес ко й п ар ы п ос ту па те ль но го д ви же ни я S=5, h=1.

С ис те му з ве нь ев, о бр аз ую щи х к ин ем ат ич ес ки е п ар ы, н аз ыв аю т к ин ем ат ич ес ко й ц еп ью. Е сл и в ц еп и и ме ют ся з ве нь я, в хо дя щи е т ол ьк о в о дн у к ин ем ат ич ес ку ю п ар у, т о ц еп ь н аз ыв аю т н ез ам кн ут ой (р аз ом кн ут ой). В п ро ти вн ом с лу ча е, т. е. е сл и к аж до е з ве но в хо ди т, к ак м ин им ум, в д ве к ин ем ат ич ес ки е п ар ы, ц еп ь с чи та ют з ам кн ут ой. С хе мы к ин ем ат ич ес ки х ц еп ей м ан ип ул ят ор ов, п ок аз ан ны е н а р ис ун ке 2.2, я вл яю тс я н ез ам кн ут ым и. Е сл и ж е о ди н и з н их о бр аб ат ыв ае т п ов ер хн ос ть, р ас по ло же нн ую н а н еп од ви жн ом о сн ов ан ии, т о е го к ин ем ат ич ес ка я с хе ма с ов ме ст но с и нс тр ум ен то м и о бъ ек то м р аб от ы о бр аз уе т з ам кн ут ую к ин ем ат ич ес ку ю ц еп ь. П ри э то м с ле ду ет у чи ты ва ть у сл ов но е н еп од ви жн ое з ве но, к от ор ое з ам ык ае т ц еп ь. Ч ис ло с те пе не й с во бо ды к ин ем ат ич ес ко й ц еп и, н аз ыв ае мо е т ак же е е ч ис ло м с те пе не й п од ви жн ос ти, р ав но

,

г де n – ч ис ло п од ви жн ых з ве нь ев;

– ч ис ло к ин ем ат ич ес ки х пар i-го класса.

Например, для манипулятора, изображенного на рисунке 2.3, а, кинематическая цепь имеет ν=6⋅5−5⋅5=5 степеней подвижности.

Рисунок 2.3 – Схемы разомкнутой (а) и замкнутой (б) кинематических цепей

1. Привод степени подвижности

Движение в к аж до м с оч ле не ни и м ан ип ул ят ор а о бе сп еч ив ае тс я с п ом ощ ью д ви га те ле й р аз ли чн ог о т ип а – э ле кт ри че ск их, г ид ра вл ич ес ки х (э ле кт ро ги др ав ли че ск их) и ли п не вм ат ич ес ки х. Д ви га те ль о бы чн о в ып ол ня ют в в ид е м од ул я, в кл юч аю ще го т ак же м ех ан из м п ер ед ач и д ви же ни й (р ед ук то р), д ат чи ки о бр ат но й с вя зи (п от ен ци ом ет ры, т ах ом аш ин ы, в ра ща ющ ие ся т ра нс фо рм ат ор ы, ц иф ро вы е д ат чи ки), с иг на лы с к от ор ых о бр аб ат ыв аю тс я с п ом ощ ью м ик ро пр оц ес со ро в и ли а на ло го вы х у ст ро йс тв, в ыр аб ат ыв аю щи х у пр ав ля ющ ие в оз де йс тв ия н а д ви га те ль. С ис те ма у пр ав ле ни я, о бр аз ов ан на я э ти ми у ст ро йс тв ам и, п ре дс та вл яе т с об ой п ри во д с те пе ни п од ви жн ос ти м ан ип ул ят ор а.

Управление приводом может быть реализовано как с обратной связью, так и без нее. Характерным примером второго случая является шаговый электродвигатель, или пневмоцилиндр. Для высокоточных манипуляторов используют электрические или гидравлические приводы с обратной связью.

Привод может быть замкнут по положению (например, с помощью потенциометров), по скорости (посредством тахомашин, вращающихся трансформаторов, цифровых датчиков), а также по моменту (по силе для двигателей поступательного перемещения). Обратная связь по моменту для двигателей постоянного тока обычно осуществляется путем измерения тока якоря, а для гидродвигателей – перепада давлений. Чаще всего используют только некоторые из этих обратных связей. Существует подход, основанный на последовательном синтезе всех трех контуров обратной связи, известный как принцип подчиненного регулирования.

Наряду с приводами, используемыми в других областях техники, в робототехнике широко применяют и новые, специальные типы приводов. К ним относится, в частности, так называемый электропривод прямого управления, позволяющий непосредственно управлять силами и моментами, приложенными к нагрузке. Существуют также двигатели, построенные по принципу искусственной мышцы, длина которой изменяется в зависимости от приложенного сигнала управления.

Нередко в одной манипуляционной конструкции совмещается несколько типов приводов. Например, степени подвижности, предназначенные для перемещений, могут быть снабжены гидроприводом, а степени для малых ориентирующих перемещений – электроприводом. Схват манипулятора независимо от схемы привода основной конструкции часто оснащают пневмоприводом.

В зависимости от типа привода, используемого в степенях подвижности манипулятора, можно отнести к этому типу и весь манипулятор, т. е. говорить об электромеханическом, электрогидравлическом и других манипуляторах.

К приводам манипуляторов предъявляют высокие требования по точности, надежности, диапазону регулирования. При этом учитывают, что они работают в условиях, когда нагрузка, приведенная к валу двигателя, меняется в широком диапазоне за счет движения других звеньев манипулятора и изменения его нагрузки. В связи с этим применяют специальные конструктивные решения и способы управления роботами.

1. Привод степени подвижности

Движение в к аж до м с оч ле не ни и м ан ип ул ят ор а о бе сп еч ив ае тс я с п ом ощ ью д ви га те ле й р аз ли чн ог о т ип а – э ле кт ри че ск их, г ид ра вл ич ес ки х (э ле кт ро ги др ав ли че ск их) и ли п не вм ат ич ес ки х.

Д ви га те ль о бы чн о в ып ол ня ют в в ид е м од ул я, в кл юч аю ще го т ак же м ех ан из м п ер ед ач и д ви же ни й (р ед ук то р), д ат чи ки о бр ат но й с вя зи (п от ен ци ом ет ры, т ах ом аш ин ы, в ра ща ющ ие ся т ра нс фо рм ат ор ы, ц иф ро вы е д ат чи ки), с иг на лы с к от ор ых о бр аб ат ыв аю тс я с п ом ощ ью м ик ро пр оц ес со ро в и ли а на ло го вы х у ст ро йс тв, в ыр аб ат ыв аю щи х у пр ав ля ющ ие в оз де йс тв ия н а д ви га те ль. С ис те ма у пр ав ле ни я, о бр аз ов ан на я э ти ми у ст ро йс тв ам и, п ре дс та вл яе т с об ой п ри во д с те пе ни п од ви жн ос ти м ан ип ул ят ор а.

Управление приводом может быть реализовано как с обратной связью, так и без нее. Характерным примером второго случая является шаговый электродвигатель, или пневмоцилиндр. Для высокоточных манипуляторов используют электрические или гидравлические приводы с обратной связью. Привод может быть замкнут по положению (например, с помощью потенциометров), по скорости (посредством тахомашин, вращающихся трансформаторов, цифровых датчиков), а также по моменту (по силе для двигателей поступательного перемещения). Обратная связь по моменту для двигателей постоянного тока обычно осуществляется путем измерения тока якоря, а для гидродвигателей – перепада давлений. Чаще всего используют только некоторые из этих обратных связей. Существует подход, основанный на последовательном синтезе всех трех контуров обратной связи, известный как принцип подчиненного регулирования.

Наряду с приводами, используемыми в других областях техники, в робототехнике широко применяют и новые, специальные типы приводов. К ним относится, в частности, так называемый электропривод прямого управления, позволяющий непосредственно управлять силами и моментами, приложенными к нагрузке. Существуют также двигатели, построенные по принципу искусственной мышцы, длина которой изменяется в зависимости от приложенного сигнала управления.

Нередко в одной манипуляционной конструкции совмещается несколько типов приводов. Например, степени подвижности, предназначенные для перемещений, могут быть снабжены гидроприводом, а степени для малых ориентирующих перемещений – электроприводом. Схват манипулятора независимо от схемы привода основной конструкции часто оснащают пневмоприводом.

В зависимости от типа привода, используемого в степенях подвижности манипулятора, можно отнести к этому типу и весь манипулятор, т. е. говорить об электромеханическом, электрогидравлическом и других манипуляторах. К приводам манипуляторов предъявляют высокие требования по точности, надежности, диапазону регулирования.

При этом учитывают, что они работают в условиях, когда нагрузка, приведенная к валу двигателя, меняется в широком диапазоне за счет движения других звеньев манипулятора и изменения его нагрузки. В связи с этим применяют специальные конструктивные решения и способы управления роботами. Вопросы, связанные с управлением приводами роботов, будут подробно изложены в последующих главах.

1. Исполнительная система

М ан ип ул ят ор м ож но р ас см ат ри ва ть к ак с ис те му у пр ав ле ни я, о бр аз ов ан ну ю п ри во да ми, р аб от аю щи ми н а о бщ ую м ех ан ич ес ку ю н аг ру зк у, – м ан ип ул яц ио нн ый м ех ан из м. В хо до м э то й с ис те мы я вл яе тс я м но го ко мп он ен тн ый с иг на л, п ос ту па ющ ий с у ст ро йс тв а у пр ав ле ни я р об от ом, а в ых од ом – т ре бу ем ое п ер ем ещ ен ие м ан ип ул ят ор а и, с оо тв ет ст ве нн о, с хв ат а с н аг ру зк ой и ли р аб оч им и нс тр ум ен то м. Т ак ую с ис те му н аз ыв аю т и сп ол ни те ль но й с ис те мо й м ан ип ул яц ио нн ог о р об от а. С по со б з ад ан ия у пр ав ля ющ их с иг на ло в н а и сп ол ни те ль ну ю с ис те му о пр ед ел яе т т ип с ис те мы у пр ав ле ни я р об от ом. В н аи бо ле е п ро ст ом с лу ча е п ро гр ам ма д ви же ни я д ля к аж до го п ри во да ф ор ми ру ет ся в п ро це сс е е го о бу че ни я и з ат ем п ов то ря ет ся н уж но е ч ис ло р аз. В э то м с лу ча е г ов ор ят о ж ес тк о п ро гр ам ми ру ем ых р об от ах. Д ля п ро ст ых р об от ов о бы чн о и сп ол ьз ую т п ри во ды б ез о бр ат но й с вя зи, в ып ол не нн ые с п ом ощ ью п не вм о- (и ли г ид ро-) ц ил ин др ов, а т ак же ш аг ов ых э ле кт ро дв иг ат ел ей. З де сь п ер ем ещ ен ие в к аж до м с ое ди не ни и м ан ип ул ят ор а м ож ет б ыт ь з ад ан о с п ом ощ ью п ро гр ам ма то ра. К ом би ни ру я к ом ан ды п ро гр ам ма то ра, м ож но п ри бл иж ен но з ад ат ь с ло жн ую т ра ек то ри ю д ви же ни я к ак с ов ок уп но ст ь т оч ек, ч ер ез к от ор ые д ол же н п ро йт и с хв ат м ан ип ул ят ор а. Т ак ое у пр ав ле ни е н аз ыв аю т п оз иц ио нн ым у пр ав ле ни ем. В оз мо же н б ол ее п ро ст ой п ут ь, к ог да д ви же ни е м ан ип ул ят ор а п о к аж до й с те пе ни п од ви жн ос ти р ег ул ир уе тс я э ле кт ри че ск им и и ли м ех ан ич ес ки ми о гр ан ич ит ел ям и, – ц ик ло во е у пр ав ле ни е. Д ля в ыс ок от оч ны х м ан ип ул ят ор ов, в к от ор ых и сп ол ьз ую тс я п ри во ды с о бр ат но й с вя зь ю, п ри ме ня ют б ол ее с ов ер ше нн ые м ет од ы у пр ав ле ни я, п ре дп ол аг аю щи е а пп ро кс им ац ию т ра ек то ри и д ви же ни я с хв ат а – и нс тр ум ен та в в ид е н еп ре ры вн ой п ро ст ра нс тв ен но й к ри во й с п ос ле ду ющ им е е о тс ле жи ва ни ем, – к он ту рн ое у пр ав ле ни е.

Т ак ие с по со бы о сн ов ан ы н а и сп ол ьз ов ан ии м ик ро пр оц ес со рн ых у пр ав ля ющ их у ст ро йс тв. В п ос ле дн ем с лу ча е у ст ро йс тв о у пр ав ле ни я д ол жн о в кл юч ат ь в с еб я б ло к в ып ря ми те ле й и с ил ов ых у си ли те ле й, о бе сп еч ив аю щи х р аб от у п ри во да, а т ак же м ик ро пр оц ес со рн ые к он тр ол ле ры п ри во до в м ан ип ул ят ор а.

1. Система управления манипулятором

Система у пр ав ле ни я м ан ип ул ят ор ом, к ак п ра ви ло, и ме ет н ес ко ль ко у ро вн ей, к аж ды й и з к от ор ых м ож ет о бс лу жи ва ть ся с об ст ве нн ой м ик ро пр оц ес со рн ой с ис те мо й. Т ак, н а у ро вн е п ри во да о бе сп еч ив ае тс я у пр ав ле ни е д ви га те ле м, о су ще ст вл яю щи м д ви же ни е о дн ой и ли н ес ко ль ки х с те пе не й п од ви жн ос ти. Н а с ле ду ющ ем у ро вн е с ис те мы у пр ав ле ни я м ан ип ул ят ор ом с п ом ощ ью ц ен тр ал ьн ог о п ро це сс ор а о рг ан из уе тс я к оо рд ин ир ов ан на я р аб от а п ри во до в м ан ип ул ят ор а.

Характеристики

Список файлов ВКР