Спосіб керування рухом промислового робота

Реферат: Винахід належить до засобів керування робочими рухами промислових роботів. Спосіб керування рухом промислового робота передбачає встановлення розгону і гальмування ланки робота при максимальному приводному моменті. Розгін і гальмування ланки робота здійснюють за певним дискретним законом, який описується поліноміальною залежністю від аргументу часу. Технічним результатом є зменшення навантажень в елементах робота при виключенні умов виникнення коливань ланок робота та незначному зростанні перехідних процесів. UA 101651 C2 (12) UA 101651 C2 UA 101651 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до способів керування рухами промислових роботів, особливо при їх частих пусках і зупинках. Відомий спосіб керування роботом, який базується на незмінності тривалості прискорення та сповільнення ланки робота. Спосіб встановлює рівність тривалостей розгону та гальмування ланки робота, при цьому визначення величини тривалості перехідного процесу ґрунтується на розрахунку максимального прискорення ланки, яке в свою чергу визначається шляхом ділення різниці максимального моменту приводу ланки та статичного моменту на момент інерції ланки. Таким чином, визначається оптимальне значення тривалості розгону та гальмування ланки робота в залежності від максимального моменту приводу (пат. 5325467 США MПК B25J 19/00. Robot control method based on acceleration/deceleration time constant / Nobutoshi Torii, Ryo Nihei, Yasuo Naito, Tetsuaki Kato, Satoshi Kinoshita; заявник та власник Fanuc Ltd. - № 820,881; заявл. 5.05.1991; опубл. 28.06.1994). Даний спосіб обраний за прототип. До недоліку прототипу варто віднести несприятливий характер зміни приводного моменту, а саме: на початку і у кінці розгону або гальмування ланки функція приводного моменту має розриви першого роду. Це призводить до підвищення навантаження приводу, динамічних перевантажень елементів механічної системи робота та їх небажаних коливань. В основу винаходу поставлена задача зменшити динамічні навантаження в приводі та у ланках робота, запобігти виникненню коливань ланок. Поставлена задача вирішується тим, що переміщення ланок робота відбувається за певним дискретним законом, який описується поліноміальною залежністю від аргументу часу. В результаті тривалість перехідних режимів руху ланки робота зростає незначно а динамічні навантаження в елементах робота мінімізуються, виключаються умови виникнення коливань ланок робота. На фіг. 1 зображені графіки зміни переміщення ланки , на фіг. 2 представлені графічні   залежності швидкості ланки  , на фіг. 3 показані графіки прискорення ланки  . На фіг. 4 зображена структурна схема пристрою керування робота, яка реалізує пропонований спосіб. На фіг. 5 зображено алгоритм роботи системи керування для визначення діаграми швидкості ланки робота. Пристрій, який реалізує пропонований спосіб, складається з блока задання 1, до якого підключена слідкуюча система 2, яка керує роботою приводу 3 ланки робота 4. До блока задання 1 підключена індикаторна панель 5. На фіг. 4 позицією 6 позначені слідкуючі системи руху інших ланок робота. Блок задання 1 виконує планування переміщень ланок робота, а слідкуючі системи 6 безпосередньо керують приводами ланок. Мета руху робота надходить від комп'ютерної мережі 7, або від людини-оператора 8. Поставлена задача вирішується тим, що наперед встановлюють значення максимального Mmax та статичного моменту опору Mст , значення номінальної швидкості руху ланки ном та значення приведеного моменту інерції ланки Jпр (фіг. 5). Це виконується за допомогою 40 індикаторної панелі 5. Надалі запускають програму, першою операцією якої є розрахунок масиву дискретних значень швидкостей обертання вала приводу 3 ланки 4. Це виконується за наступною формулою:  розг t i    196Mmax  Mст  2 t i3 5805456627 2303104 Mmax  Mст  13 t13  i  4976105680 48312320 Mmax  Mст  12 t12 Jпр ном  1999328175 194112000  i 2 2 3 3  Mmax  Mст  11t11 J пр ном  4998320437 985280000 Mmax  Mст  10 t10 J пр ном  i i 4 4  8702432905 420800000 Mmax  Mст  9 t i9 Jпр ном  1118884230 6969600000  45 5 5 6 6  Mmax  Mст  8 t i8 J пр ном  1098904155 1488000000 Mmax  Mст  7 t i7 J пр ном  7 7  8409980779 200000000 Mmax  Mст  6 t i6 J пр ном  5068515201 750000000  8 8 9 9  Mmax  Mст  5 t i5 J пр ном  2413578667 500000000 Mmax  Mст  4 t i4 J пр ном   9050920003 12500000 Mmax  Mст  3 t i3 J 10 10  2644749351 56250000  пр ном  Mmax  Mст  2 t i2 J 11 11  5903458374 0234375 Mmax  Mст  t і J 12 12  пр ном пр ном 50   9730975341 796875 J 13 13 ) 4378938903 80859375 J 15 14 пр ном пр ном  1 , , i  0,1 ...,N , (1) де розг ti  - дискретна величина кутової швидкості вала приводу ланки для режиму розгону; t i - значення дискретного часу, яке відповідає і-тій точці масиву кутових швидкостей; i - номер 1 UA 101651 C2 дискретного значення кутової швидкості приводу в масиві значень швидкостей; Mmax максимальне значення крутного моменту приводу ланки, Нм; Mст - статичний момент опору переміщенню ланки, Нм; Jпр - приведений момент інерції ланки, кгм ; ном - номінальна кутова швидкість обертання вала приводу, яка відповідає номінальній швидкості переміщення ланки робота, рад/с; N - кількість дискретних значень кутової швидкості для розгону приводу (довжина масиву), яка визначається таким чином: 2 5 N 107 Jпр ном , Mmax  Mст ƒ , (2) де ƒ - частота дискретизації процесу, Гц. Отримане значення N заокруглюється до цілого значення. 10 Операцію формування масиву дискретних кутових швидкостей приводу розг ti  , які відповідають розгону ланки до номінальної швидкості за оптимальною діаграмою виконує блок завдання 1. Потім проходить процес формування масиву дискретних значень кутових швидкостей для загальмовування ланки гальм t j  (індекс j показує, що процес розрахунку відбувається для режиму гальмування). Це відбувається за допомогою розрахунку по 15 формулам (1) та (2) з тією лише різницею, що знак "-" перед Mст у цих формулах заміняється на "+". При цьому загальмовування відбувається різкіше, аніж розгін, і триває менше часу. Надалі у блоці задання 1 визначається кількість дискретних точок руху приводу на номінальній швидкості ном . Це виконується за формулою:  107 Jном  , k   кін  ƒ ном Ммах  Мст  , (3)  20 25 30 35 де кін - кут повороту вала приводу, який відповідає кінцевому положенню ланки робота, рад. Отримане значення k заокруглюється до цілого значення. Далі відбувається формування загального масиву кутових швидкостей для усього циклу руху ланки цикл (фіг. 5). Сформований масив для усього циклу переміщення ланки передається до слідкуючої системи 2. Значення дискретних швидкостей використовуються для безпосереднього керування приводом 3 ланки 4 робота. Рух ланки робота за таким законом є плавним, що мінімізує динамічні навантаження та коливальні процеси. Крім того, максимальне зусилля, яке необхідне для переміщення ланки не перевищує максимального зусилля приводу, а початковий та кінцевий момент рівні статичному моменту. Це призводить до того, що привод 3 ланки працює у менш напруженому режимі. Пропонований спосіб руху ланки робота пов'язаний з втратою швидкодії ціною збільшення плавності руху, зменшенням динамічних навантажень та мінімізації коливальних процесів, які супроводжують рух ланки. При цьому втрата швидкодії складає менше 14 % від максимальної швидкодії руху ланки прототипу. Таким чином, поставлена задача вирішена. Пропонований спосіб може бути використаний для керування рухами робота, особливо у випадках, коли ланки робота мають великий момент інерції або масу, а приводний механізм не може створювати значний крутний момент. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 Спосіб керування рухом промислового робота, при якому розгін і гальмування ланки робота здійснюють при максимальному приводному моменті, який відрізняється тим, що розгін і гальмування ланки робота здійснюють за наступним дискретним законом, який описується поліноміальною залежністю від аргументу часу розг ti    M max  Mст  2ti3 58054566272303104 M max  Mст 13ti13  196 45  497610568048312320 M max  M ст  12ti12 J пр ном  1999328175194112000   M max  M ст  11ti11 J 2 пр 2 ном  4998320437985280000 M max  M ст  10ti10 J 3 пр 3 ном  4 4  8702432905420800000 M max  M ст  9 t i9 J пр ном 11188842306969600000  5 6   M max  M ст  8ti8 J 5 ном  10989041551488000000 M max  M ст  7ti7 J 6 ном  пр пр 2 UA 101651 C2  8409980779200000000 M max  Mст  6ti6 J 7 пр 7 ном  5068515201750000000  8 9  M max  Mст  5ti5 J 8 ном  2413578667500000000 M max  Mст  4ti4 J 9 ном  пр пр 10  905092000312500000 M max  Mст  3ti3 J 10 ном  264474935156250000  пр 11 12  M max  Mст  2ti2 J 11 ном  59034583740234375 M max  Mст tі J 12 ном  пр пр 5  13 14  9730975341796875 J 13 ном ) 437893890380859375 J 15 ном пр пр де  1 , i  0, 1, ..., N ,  розг t i  - дискретна величина кутової швидкості вала приводу ланки для режиму розгону; t i - значення дискретного часу, яке відповідає i-тій точці масиву кутових швидкостей; i - номер дискретного значення кутової швидкості приводу в масиві значень швидкостей; M m ax 10 - максимальне значення крутного моменту приводу ланки, Нм; M ст - статичний момент опору переміщенню ланки, Нм; J пр - приведений момент інерції ланки, кгм2;  ном 15 - номінальна кутова швидкість обертання вала приводу, яка відповідає номінальній швидкості переміщення ланки робота, рад/с; N - кількість дискретних значень кутової швидкості для розгону приводу (довжина масиву), яка визначається таким чином: N 1,07 J пр ном M max  M ст ƒ, де ƒ - частота дискретизації процесу, Гц. 3 UA 101651 C2 4 UA 101651 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 5