Пристрій керування сервоприводами робота-маніпулятора

Номер патенту: 85770

Опубліковано: 25.11.2013

Автори: Конох Ігор Сергійович, Базишин Михайло Юрійович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Пристрій керування сервоприводами робота-маніпулятора складається із цифрового пропорційно-інтегрально-диференціального регулятора, мікроконтролерів, сенсорів швидкості, обладнаний клемами для підключення аналогових сенсорів, промислового інтерфейсу RS-485, який відрізняється тим, що мікроконтролер послідовно з'єднаний з цифро-аналоговим перетворювачем широтно-імпульсним перетворювачем AWD-10-36, цифровий вихід мікроконтролера послідовно з'єднаний з гальванічною розв'язкою, кінцевим підсилювачем і електромагнітним фіксатором, перетворювач інтерфейсів ADM485, який зв'язує між собою мікроконтролерну мережу і промисловий комп'ютер.

Текст

Дивитися

Реферат: UA 85770 U UA 85770 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до мікроконтролера, послідовно з'єднаним з цифро-аналоговим перетворювачем, силовим широтно-імпульсним перетворювачем AWD-10-36, до котрого під'єднаний сервопровід постійного струму незалежного збудження, до цифрового виходу мікроконтролера підключена гальванічна розв'язка, котра послідовно з'єднана з кінцевим підсилювачем, який в свою чергу з'єднаний з електромагнітним фіксатором, ADM485 прийомопередатчик, що об'єднує мікроконтролери і промисловий комп'ютер. Відомий пристрій для керування приводом робота [Авторське свідоцтво RU № 2041054. Пристрій для керування приводом робота Філаретов В.Ф. МПК B25J13/00, опубліковано: 09.08.1995], містить послідовно з'єднані перший суматор, другий суматор, перший блок множення, третій суматор, підсилювач і електродвигун, пов'язаний безпосередньо з першим датчиком швидкості і через редуктор з першим датчиком положення, вихід якого підключений до першого входу першого суматора, з'єднаного другим входом з входом пристрою, послідовно підключення другий датчик швидкості, другий блок множення, третій блок множення і четвертий суматор, другий вхід якого з'єднаний з другим входом другого суматора і виходом першого датчика швидкості, а третій вхід з виходом релейного елемента, підключеного входом до другого входу третього блоку множення і виходу першого датчика швидкості, послідовно з'єднані датчик маси і п'ятий суматор, другий вхід якого підключений до виходу першого задатчика сигналу, а вихід до другого входу першого блока множення, послідовно з'єднані другий датчик положення, перший функціональний перетворювач, четвертий блок множення, шостий суматор, другий вхід якого підключений до виходу другого задатчика сигналу, п'ятий блок множення, другий вхід якого з'єднаний з виходом датчика прискорення, а вихід з четвертим входом четвертого суматора, послідовно з'єднані третій задатчик сигналу, сьомий суматор, другий вхід якого підключений до виходу датчика маси і шостий блок множення, другий вхід якого через другий функціональний перетворювач підключений до виходу другого датчика положення, а вихід до другого входу другого блока множення, причому другий вхід четвертого блока множення з'єднаний з виходом сьомого суматора, його вихід з третім входом п'ятого суматора, третій вхід шостого суматора з'єднаний з виходом датчика маси, п'ятий вхід четвертого суматора через сьомий блок множення, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого блока множення, підключений до виходу другого датчика швидкості, додатково вводяться послідовно з'єднані четвертий задатчик постійного сигналу, восьмий суматор, другий вхід якого підключений до виходу датчика маси і восьмий блок множення, другий вхід якого через третій функціональний перетворювач з'єднаний з виходом першого датчика положення, а його вихід з шостим входом четвертого суматора, послідовно з'єднані дев'ятий суматор, перший і другий входи якого підключені відповідно до виходів першого і другого датчиків положення, четвертий функціональний перетворювач і дев'ятий блок множення, другий вхід якого підключений до виходу сьомого суматора, а вихід до сьомого входу четвертого суматора. Суттєві ознаки, які збігаються із корисною моделлю, що заявляється: використання сенсорів положення і швидкості, формування корегуючого впливу, забезпечення необхідної якості систем керування. Недоліками наведеного технічного рішення є: - не призначений для використання з сервоприводами робот-маніпулятор PUMA-560, які обладнані електромагнітним фіксатором; - використання неактуальної елементної бази; - відсутність модульної структури, що не дозволяє розширити до керування більшим числом сервоприводів; - пристрій не може забезпечити необхідну якість перехідних процесів маніпулятора PUMA560. Відомий пристрій керування роботом-маніпулятором [Авторське свідоцтво RU № 2277042. Пристрій керування роботом-маніпулятором. Герасимова Е.В. Кудинов А.А. Редозубов Р.Д. МПК B25J13/00, опубліковано 30.12.2004], пристрій управління роботом-маніпулятором, що містить кнопки управління, перемикаюче реле, кінцеві вимикачі для запобігання виходу робочого органу за допустимі рамки і для визначення його положення, яке відрізняється тим, що воно забезпечене комп'ютером, паралельним портом і ланцюгами блокування приводу в різних режимах, при цьому ланцюг блокування в автоматичному режимі - логічна блокування виконана у вигляді логічного ланцюжка на елементах "АБО-НЕ", "І", один ланцюг блокування в ручному режимі виконана на двох кнопках з розмикаючими контактами, другий ланцюг блокування в ручному режимі виконана на двох нормально замкнутих контактах, висновки паралельного порту з'єднані з шиною даних мікропроцесора, а перемикаюче реле приєднано з можливістю перемикання в ручний і автоматичний режими. 1 UA 85770 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Суттєві ознаки, які збігаються із корисною моделлю, що заявляється: використання сенсора положення, використання промислового комп'ютера, пристрій побудовано з використання мікропроцесорної техніки, пристрій керування роботом-маніпулятором спряжений з комп'ютером спряження засобами інтерфейсу зв'язку. Недоліками даного пристрою є: не призначений для використання з сервоприводами робот-маніпулятор PUMA-560, які обладнані електромагнітним фіксатором; використання неактуальної елементної бази; - відсутність модульної структури, що не дозволяє розширити до керування більшим числом сервоприводів; - пристрій аналог не може забезпечити необхідну якість перехідних процесів маніпулятора PUMA-560. Відомий пристрій керування двигуном постійного струму AWD-10-36 [ЗАО "Лабораторія електроніки" [електронний ресурс]. Режим доступу http://ellab.su/catalog/bukd/bukdpt/awd1036.html, http://www.ellab.ru/spravochnik/awd10_2409.pdf] що включає до своїх) складу широтноімпульсний перетворювачем (ШІП) з робочою напругою 17-42 В і струмом навантаження двигуна не більше 10 А, що має захист від короткого замикання і перенавантаження двигуна, цифровий пропорційно-інтегрально-диференціальний регулятор (ПІД-регулятор), промисловий інтерфейс RS-485, клеми для підключення сенсорів з аналоговим сигналом. Суттєві ознаки, які збігаються із корисною моделлю, що заявляється: використання цифрового ПІД-регулятора, використання мікроконтролерів, наявність клеми для підключення аналогових сенсорів; використання промислового інтерфейсу RS-485, використання сенсорів швидкості. Недоліками наведеного пристрою є: - пристрій не може сприймати чи оброблювати сигнали з фото-імпульсних сенсорів що входять до складу сервоприводів маніпулятора PUMA-560; - обмеженість режимів роботи, а саме, відсутність режиму, при якому одночасно відбувається слідкування за потенціометричними і фото-імпульсними сенсорами, що не дозволяє забезпечити необхідну точність позиціонування робота-маніпулятора при багато координатному русі; - неможливо реалізувати одночасне погодження по швидкості руху декількох ланок робота, так як відсутня можливість зміни завдання в реальному часі і реалізація функцій зміни швидкості; - відсутні засоби погодження роботи при об'єднанні пристроїв в мережу по протоколу RS485; - при реалізації слідкуючої системи необхідно створювати окремий пристрій для керування станом електромагнітного фіксатора. Даний пристрій вибрано як найближчий аналога. В основу корисної моделі поставлено задачу створення пристрою керування сервоприводами робота-маніпулятора, який повинен здійснювати: обробку показників потенціометричних і фото-імпульсних сенсорів та на їх основі слідкувати за швидкістю сервопривода і положенням кожної ланки окремо. А також незалежно керувати кожним сервоприводом, автоматично розблокувати вал двигуна від електромагнітного фіксатора перед початком руху ланки і блокувати після завершення руху, передавати інформацію з сенсорів на промисловий комп'ютер (ПК) приймати з ПК дані про кути переміщення як окремої ланки так і декількох. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій керування сервоприводами роботаманіпулятора складається з керуючого елементу по одному на кожен сервопривід, що являє собою мікрокоптролер (МК), послідовно з'єднаний з цифро-аналоговим перетворювачем (ЦАП), широтно-імпульсним перетворювачем AWD-10-36 для двигуна постійного струму незалежного збудження, цифровий вихід (D/O) МК послідовно з'єднаний з гальванічною розв'язкою, кінцевим підсилювачем і електромагнітним фіксатором, прийомопередатчика ADM485, який об'єднує МК і ПК. Суть корисної моделі полягає в тому, щоб роздільно керувати кожною лапкою маніпулятора шляхом впливу на сервоприводи робота-маніпулятора окремо, компенсувати нелінійність кінематичної схеми шляхом зміни коефіцієнтів ПІД-регулятора при переході до іншої лініаризованої частини траєкторії. Це дозволяє забезпечити точність позиціонування до 0,1 мм, стабілізувати швидкість сервоприводу незалежно від механічного навантаження, адаптивний ПІД-регулятор дозволяє підняти якість керування до 10-20 % порівняно із лінійним регулятором за критеріями точності 2 UA 85770 U 5 10 15 20 25 30 35 позиціонування, точності позиціонування при більших швидкостях переміщення. Завдяки цьому, пристрою системи управління роботом маніпулятором має низьку вартість. Корисна модель пояснюється кресленням, де на фігурі наведено блок-схему пристрою, на якій прийнято позначення: 1 - промисловий комп'ютер; 2-ADM485 прийомопередатчик RS-485; 3 - мікроконтролер; 4 - гальвонорозв'язка; 6 - кінцевий підсилювач; 5 - цифро-аналоговий перетворювач; 7 - ШІП AWD-10-36; 8 - електромагнітний фіксатор; 9 – фото-імпульсний енкодер; 10 - потенціометричний датчик; 11 - двигун постійного струму незалежного збудження (ДПТ НЗ); 12, N, N+1 - умовні блоки керування сервоприводами; D/O - цифровий вихід МК; D/I - цифровий вхід; ADC - аналого-цифровий перетворювач; SPI порти МК призначені для роботи з SPI; UART - універсальний асинхронний приймач/передавач. Пристрій керування сервоприводами робота-маніпулятора складається із (креслення) ПК (1) з'єднаного промисловим інтерфейсом RS-485 з перетворювачем інтерфейсів RS-485/UART ADM485 (2) мікроконтролерів об'єднаних в мережу із ADM485 (2) за допомогою UART, вихід гальванічної розв'язки (4) послідовно з'єднаної з кінцевим підсилювачем (6), гальванічна розв'язка під'єднується до цифрового виходу (D/O) мікроконтролера, ІДА1І з'єднаний з МК послідовним периферійним інтерфейсом SPI, аналоговий вихід ЦАП послідовно з'єднаний з аналоговим входом ШІП AWD-10-36 (7), потенціометричного сенсора, який під'єднується до аналогового входу (ADC) МК, фото-імпульсного енкодера приєднаного до двох цифрових входів (D/I) МК. Пристрій керування сервоприводами робота-маніпулятора працює наступним чином. Робота пристрою керування сервоприводами робота-маніпулятора починається з ініціалізації всіх модулів, після ініціалізації відправляється повідомлення на промисловий комп'ютер через ADM485 засобами промислового інтерфейсу RS-485, що він готовий до роботи, при надходженні даних про кути переміщення з ПК розраховуються коефіцієнти ПІДрегулятора, проводиться розрахунок величини щільності з урахування коефіцієнтів ПІДрегулятора, яка подається в цифровій формі через послідовний інтерфейс SPI на цифроаналоговий перетворювач, що в аналоговій формі, ЦАП перетворює величину щільності в аналоговий вигляд і видає величину шпаруватості на аналоговий вхід широтно-імпульсного перетворювача AWD-10-36, розблоковується електромагнітний фіксатор, при виконанні руху ланки робота-маніпулятора відбувається стеження за показниками сенсорів, які із частотою 200 Гц відправляються на ПК для відображення на ньому поточної інформації, зміна коефіцієнтів регуляторів відбувається при переході з однієї ліанеризованої ділянки траєкторії до іншої, змінна величина шпаруватості змінюється на основі закону керування і коефіцієнтів ПІДрегулятора положення, при досягненні необхідної координати з необхідною точністю електромагнітний фіксатор блокується, величина щільності встановлюється в нуль, передаються дані на промисловий комп'ютер. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Пристрій керування сервоприводами робота-маніпулятора складається із цифрового пропорційно-інтегрально-диференціального регулятора, мікроконтролерів, сенсорів швидкості, обладнаний клемами для підключення аналогових сенсорів, промислового інтерфейсу RS-485, який відрізняється тим, що мікроконтролер послідовно з'єднаний з цифро-аналоговим перетворювачем широтно-імпульсним перетворювачем AWD-10-36, цифровий вихід мікроконтролера послідовно з'єднаний з гальванічною розв'язкою, кінцевим підсилювачем і електромагнітним фіксатором, перетворювач інтерфейсів ADM485, який зв'язує між собою мікроконтролерну мережу і промисловий комп'ютер. 3 UA 85770 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: B25J 13/00

Мітки: пристрій, робота-маніпулятора, керування, сервоприводами

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/6-85770-pristrijj-keruvannya-servoprivodami-robota-manipulyatora.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій керування сервоприводами робота-маніпулятора</a>

Подібні патенти