工业弧焊机器人可靠性分析

论文摘要

工业弧焊机器人是一种由程序预先确定其运动方式的机电一体化系统。伴随着工业机器人技术的发展以及焊接技术的进步,据不完全统计,全世界大约超过50%在役工业机器人中应用于各种形式的焊接加工领域。工业弧焊机器人技术广泛应用于汽车、航空航天、船舶等领域。机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的产生影响,提高机器人作业的可靠性显得尤为重要,研究弧焊机器人的可靠性成为一个非常重要的发展方向。本文从定性分析和定量分析两个方面对弧焊机器人进行可靠性分析,定性分析方法主要包括FMECA和FTA分析,定量分析主要进行运动可靠性分析。通过对弧焊机器人进行FMECA分析,得到弧焊机器人各种失效模式,以及各失效模式对上一层次和整体的影响,并对各种失效模式进行了危害度分析,给出了典型分系统的FMEA分析表和CA分析表。在FTA分析中,针对弧焊机器人的故障,进行自底向上的建模,得到整体失效与部件失效,部件失效与各个零件失效的逻辑关系,建立了弧焊机器人的故障树。分析导致失效事件发生的最小割集。对弧焊机器人的故障树进行Monte-Carlo仿真研究,求解顶事件发生概率,与关键部件的概率重要度和结构重要度。在运动可靠性方面,针对系统输入误差和结构误差的影响,进行弧焊机器人末端位置和姿态误差分析,并得到了可靠度分析的模型。针对输入误差方面,考虑了系统的间隙影响下的传动链误差,得到传动误差的横向分布规律；考虑磨损影响下的机构传动误差,得到其精度退化规律。针对结构误差,运用有效长度模型,分析其间隙影响,得到横向误差分布规律；考虑铰链磨损得到精度退化规律。在理论分析的基础上,运用Monte Carlo仿真,分别对输入误差和结构误差影响下的可靠性进行仿真分析以及综合误差影响分析,得到间隙影响下的可靠性分布规律,以及磨损影响下的可靠性退化规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 焊机机器人技术
• 1.1.2 可靠性研究
• 1.2 国内外发展现状和趋势
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 系统组成与D-H模型建立
• 2.1 弧焊机器人系统
• 2.1.1 系统组成
• 2.1.2 机械结构
• 2.2 数学模型建立
• 2.2.1 机构运动学模型
• 2.2.2 机构逆向运动学
• 第3章 弧焊机器人FMECA分析
• 3.1 FMECA方法概述
• 3.1.1 基本概念
• 3.1.2 分析方法
• 3.2 弧焊机器人FMEA分析
• 3.2.1 焊接机器人系统定义
• 3.2.2 绘制可靠性框图与填写FMEA表
• 3.3 危害性分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 弧焊机器人FTA分析
• 4.1 方法概述
• 4.1.1 基本概念与符号
• 4.1.2 建树与分析方法
• 4.2 弧焊机器人故障树分析
• 4.3 故障树仿真分析
• 4.3.1 Monte-Carlo方法概述
• 4.3.2 弧焊机器人故障树仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 运动精度可靠性分析
• 5.1 机构可靠性概述
• 5.1.1 机构可靠性概述
• 5.1.2 机构可靠度定义
• 5.2 弧焊机器人的误差
• 5.2.1 弧焊机器人误差
• 5.2.2 传动误差
• 5.2.3 误差模型
• 5.3 考虑磨损的可靠性模型
• 5.3.1 构件的磨损
• 5.3.2 传动链磨损分析
• 5.3.3 铰链磨损分析
• 5.4 弧焊机器人可靠性计算模型
• 5.5 仿真分析
• 5.5.1 考虑间隙影响的仿真分析
• 5.5.2 考虑磨损影响下的仿真分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附表1
• 附表2
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文情况