Робототехника.Фу, Ли, Гонсалес (962794), страница 38
Текст из файла (страница 38)
8.2, Схема управления манипулятором робота Пума. нижнем уровне располагается шесть микропроцессоров 6503— по одному на каждую степень свободы (рис. 5.2), Вычислительное устройство выполняет две основные функции: 1) взаимо. действие с пользователем в режиме связи терминала с процессором и составление подзадач из списка команд пользователя ЧАЕ и и 2) координацию работы шести микропроцессоров 6503 для выполнения команды, Режим связи терминала пользователя с процессором включает грамматический разбор, интерпретацию и декодирование команд ЧА(., а также выдачу пользователю соответствующих сигналов об ошибках. Когда команда ЧА(.
декодирована, вызываются внутренние программы для вы- " 'уАЬ вЂ” пакет программ для управления манипулятором робота Пу ма, разработанный фирмой Пн1гна!!он !нс. Каждое сочленение манипулятора робота управляется своим простым сервомеханизмом. Устройство управления манипулятором робота Пума серии 560 состоит из вычислительного устройства РЕС Е51-11/02 и шести микропроцессоров Коскече!! 6503, каждый из которых имеет кодирующее устройство, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и усилитель тока. Структура управления построена иерархически. На верхнем уровне иерархической системы находится микрокомпьютер ( 81-11/02, который используется в качестве ЭВМ верхнего уровня.
На полнения рабочих режимов и координирующих функций. В эти функции, которые находятся в памяти ЕРШОМ вычислительного устройства ).Ы-!1/02, входят: 1. Преобразование систем координат (например, из неподвижной системы координат в связанную с шарнирами систему координат или наоборот). 2. Планирование траектории с учетом интерполяции в сочленениях, включаюгцее приращения параметров, соответствующие каждой точке и каждому сочленению кансдые 28 мс. 3. Передача информации о завершении движения по всем осям в микропроцессоры 6503, где формируются управляющие воздействия в соответствии с требованиями движения по приращениям.
4. Предварительный просмотр двух инструкций, необходимых для осуществления интерполяции в режиме непрерывного движения по траектории. На нижнем уровне иерархии системы находятся устройства управления сочленениями, каждое из которых состоит из цифровой и аналоговой платы, а также из усилителя мощности для каждого сочленения. Микропроцессор 6503 является составной частью устройства управления сочленением, которая непосредственно управляет движением по каждой оси. Каждый микропроцессор находится на цифровой плате со своими системами ЕР(«ОМ и ОАС (1ЛАП).
Ои соединен с вычислительным устройством 1.81-11/02 через интерфейсную плату, которая функционирует как демультиплексор, направляющий информацию об опорных точках траектории на каждое устройство управления сочленением. Интерфейсная плата связана с 16-разрядной платой параллельного интерфейса 0ЕС (ОКУ-!1), который производит обмен данными с шиной ! ! устройства 1.81-11/02 (рис. 5.2)', Микропроцессор вычисляет сигнал ошибки положения сочленения и посылает его на аналоговую плату, которая имеет обратную связь по току с каждым двигателем сочленения. Для управления каждым сочленением имеются два контура управления. Внешний контур оперирует информацией об ошибке позиционирования и обменивается данными с микропроцессорами 6503 примерно каждые 0,875 мс.
Внутренний контур состоит из аналоговых устройств и компенсатора с обратной связью по производной для демпфирования сигналов отклонений по скорости. Коэффициенты передачи обоих контуров постоянны и обеспечивают «критическое демпфирование системы сочленений» по скорости, определяемой программой ЧА(.. Основными функциями микропроцессоров являются: 1. Получение и обработка опорных точек траектории от вычислительного устройства Е81-11/02 и проведение интерполяции между текущими и заданными значениями параметров сочленений через 28 мс. 228 8К.Фуяху. 2.
Считывание значений регистра, который накапливает приращения величин от кодового датчика, формируемых по каждой оси вращения, через 0,875 мс. 3. Накопление сигналов ошибки от интерполированных опорных точек сочленений и значений от кодового датчика по осям. 4. Преобразование сигналов ошибки в токовые сигналы с помощью преобразователя ПАС и подача их на аналоговую плату, сигналы с которой организуют движение в сочленениях. Отметим, что в схеме управления роботом Пума используется пропорционально-интегрально-дифференциальный метод управления (ПИД-регулятор).
Основной недостаток этой схемы управления состоит в том, что коэффициент передачи обратной связи постоянен и предварительно задан. Это не дает возможности изменять коэффициент передачи обратной связи прн изменении нагрузок. Так как промышленный робот представляет собой достаточно нелинейную систему, то силы инерции, реакции и веса зависят от положения или от положения и скорости и могут изменяться в больших пределах. Таким образом, рассмотренная схема управления, в которой используется постоянный коэффициент передачи для управления нелинейной системой, неэффективна.
Действительно, манипулятор робота Пума перемещается с сильными вибрациями на малых скоростях. Одно из решений этой проблемы заключается в использовании цифрового управления, при котором прикладываемые моменты к манипулятору робота обрабатываются на ЭВМ, где заложена соответствующая динамическая модель манипулятора. Вариант такого метода рассматривается в разд. 5.3. 5.3. МЕТОД ВЫЧИСЛЕНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ МОМЕНТОВ Если движение манипулятора описывается уравнениями Лагранжа — Эйлера или Ньютона — Эйлера, задачей управления является нахождение управляющих моментов и сил. Эти моменты и силы должны обеспечивать максимально приближенное к заданной траектории движение конечного звена манипулятора в реальном времени.
Управляющие моменты привода определяются с помощью динамической модели манипулятора, основанной на используемых уравнениях движения. В расчетной схеме моделируются рабочие характеристики двигателя, а также предусматривается преобразование вычисленного момента в управляющие напряжения или ток двигателя. Управляющее напряжение вычисляется с такой скоростью, которая позволяет пренебречь запаздываниями, возникающими в процессе анализа вычислений. Параметры модели о~личаются от параметров реального объекта управления. Поэтому необходимо использовать сигналы обратной связи по положению и скорости для коррекции расчетных моментов с целью обеспечения необходимой величины управляюгцего сигнала, подаваемого на двигатели сочленений '1, 6.3.1.
Передаточная функция одного сочленения робота В этом разделе излагаются методы получения передаточной функции одного сочленения робота, с помощью которых можно построить пропорционально-дифференциальные регуляторы (ПД-регуляторы). Рассмотрены также методы построения регулятора для многосуставных манипуляторов, движение которых описывается уравнениями Лагранжа — Эйлера или Ньютона — Эйлера.
При анализе одно сочленение манипулятора робота трактуется как линейная непрерывная система, к которой для упрощения вычислений может быть применен метод преобразований Лапласа, Большинство промышленных роботов имеют электрические, гидравлические или пневматические приводы. Манипуляторы с электрическими приводами чаще всего оснащаются двигателями постоянного тока с независимым возбуждением в каждом сочленении. Двигателями постоянного тока являются, как правило, двигатели с постоянным магнитом, якорным возбуждением и с непрерывным вращением выходного вала. Они сочетают в себе такие качества, как высокая мощность, плавность хода, возможность работы на малых скоростях, линейность нагрузочной характеристики и небольшие постоянные времени.
Использование постоянного магнитного поля и энергии постоянного тока обеспечивает максимальный момент при минимальной энергии, затрачиваемой на питание, и при минимальном весе. Эти параметры также позволяют снизить индуктивность двигателя и, следовательно, величину постоянной времени, обусловленную электрическими взаимодействиями, На рис. 5.3 приведена эквивалентная схема двигателя постоянного тока с управлением в цепи якоря, который может быть использован в сочленении манипулятора. Основными переменными величинами в этой схеме являются следующие: )7, — напряжение якоря, В; )г7 — напряжение поля, В; 7., — индуктивность якоря, Гн; 7.7 — индуктивность поля, Гн; )с„— сопротивление якэря, Омс гсг — сопротивление поля, Ом; — ток якоря, А; о двигатели, встроенные в шарниры звеньев, здесь и далее будем для краткости называть двигателями сочленений.
— Прим. рад. 227 следую- (5.3-4) (5.3-5) (5.3-6) Г агу ГБГ 7~Г~~Б Таким образом, (5.8-7) А.О. = МаО, т Аг В 1 лг (5.3-2) (5.3-3) или (5.3-8) 22 — ток поля, А; ла — электродвижущая сила, В; т — момент, развиваемый двигателем, Н м; 8 — угловое перемещение вала двигателя, рад; Оь — угловое перемещение вала нагрузки, рад; У вЂ” момент инерции двигателя, приведенный к валу двигателя, н м с'/рад; — коэффициент вязкого трения двигателя, приведенный к валу двигателя, н м.с/рад; Уь — момент инерции нагрузки, приведенный к валу нагрузки, н м ст/рад; /л — коэффициент вязкого трения нагрузки, приведенный к валу нагрузки, н м с/рад; У вЂ” число зубьев внутреннего редуктора (редуктора двигателя); Уь †чис зубьев внешнего редуктора (редуктора нагрузки). Рис. В.З.
Эквивалентная схема двигателя постоянного тока с управлением в пепи якоря. Нагруженное звено соединяется с выходным валом двига- теля с помощью редуктора — механической системы передач. Как следует из схемы системы передач, показанной на рис. 5.4, общее линейное перемещение редукторов при их взаимодействии одинаково, т. е. г( =г(ь и Г 9 =ГлВл, где г и гс — соответственно радиусы взаимодействующих шестерен внутреннего и внешнего редуктора, Так как радиус шестерни пропорционален числу зубьев, то где и — передаточное отношение, связывающее Ос и О щим образом; 8,(Г)=нО И. Продифференцировав два раза, получим Оь (1) = пО,з (г) и О, (() = аО (С).
Если нагрузка подсоединена к внешнему редуктору, момент, Рис 5.4. Анализ системы механнческов передачи. обеспечиваемый выходным валом двигателя, равен суыме 'моментов, потребляемых двигателем и нагрузкой.' | Момент па ~ Момент нагрузки, двигателя 3 ьдвигател" 1 Ек валу двигателя нли в другой форме тя='с (г)+те(у). ть (!) = усбс (О + тгсбс (!) (5.3-9) Момент нагрузки, приведенный к валу нагрузки, равен ченными уравнениями и решая их относительно 1а(з), получим Ра (.) — ЬКьвга 00 (5.3-17) )та+ зда а момент двигателя, отнесенный к валу двигателя, равен ,()) е,(т) т," (т) = ~ ~ = пт, (!).
(5.3-!1) С учетом уравнений (5.3-9), (5.3-5) и (5.3-6) имеем .", (у) = п' (7,'6. (!)+ 1,6„(4. (5.3-12) Используя уравнения (5.3.!О) н (5.332), запишем выражение для момента, развиваемого выходным валом двигателя: т Я = тга (У) + тс (У) = (7 + и'7с) 6 (И) + 9 + п~ с) 6 Я = =у,и6 (У)+ 1.и6,„(!), (5.3-!3) где 7.н = 7 + пе7с — суммарный эффективный момент инерции двигателя и нагрузки, приведенный к валу двигателя, а ),п = = 1„+ пя(ь — суммарный коэффициент вязкого трения двигателя н нагрузки, приведенный к валу двигателя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
