摘 要：工業(yè)機(jī)器人作為一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用設(shè)備，其可靠性往往在與人類(lèi)交互過(guò)程中顯得尤為重要，其可靠性受到設(shè)計(jì)、加工、裝配以及調(diào)試等多方面因素的影響，對(duì)其研究比較復(fù)雜。本文主要介紹工業(yè)機(jī)器人的元器件選型、分析以及可靠性測(cè)試方面的保障，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的可靠性。

　　關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì)論文投稿,工業(yè)機(jī)器人,可靠性,測(cè)試

　　工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。自從1962年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來(lái)，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動(dòng)化工廠(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動(dòng)化工具。

　　由于工業(yè)機(jī)器人是元部件眾多，是一復(fù)雜系統(tǒng)，它以多自由度方式運(yùn)動(dòng)，因而發(fā)生的故障可能造成難以預(yù)計(jì)的后果，具有潛在的人機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。為此對(duì)機(jī)器人必須嚴(yán)格按照可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，目的在于：(1)在機(jī)器人的設(shè)計(jì)和整個(gè)壽命周期中進(jìn)行有效的可靠性運(yùn)行，特別在樣機(jī)測(cè)試階段，必須將潛在的風(fēng)險(xiǎn)暴露出來(lái)加以改進(jìn);(2)出現(xiàn)故障后的及時(shí)修復(fù)性，減少客戶(hù)的停機(jī)損失;(3)工業(yè)機(jī)器人的安全性，避免出現(xiàn)人機(jī)事故，確保人員安裝調(diào)試、編程示教、操作、維護(hù)過(guò)程的安全。我們以EFORT的工業(yè)機(jī)器人可靠性指標(biāo)：MTBF不低于6000H。我們需要從設(shè)計(jì)、采購(gòu)、加工制造、裝配、 測(cè)試等環(huán)節(jié)降低產(chǎn)品失效的因素。

　　1元器件可靠性設(shè)計(jì)要求

　　1.1電子元器件可靠性設(shè)計(jì)

　　電子器件的選取，必須經(jīng)過(guò)100%環(huán)境篩選測(cè)試，測(cè)試合格的產(chǎn)品才允許采用，按照可靠性分配原則，篩選與元器件失效分析相結(jié)合，一旦發(fā)現(xiàn)失效，必須對(duì)同一類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行原因分析，按照5W1H方法進(jìn)行糾正預(yù)防措施分析與整改。

　　電子元器件的選取按照以下規(guī)則：

　　a.電子元器件決不允許超核運(yùn)行，應(yīng)按照降額設(shè)計(jì)，一般達(dá)到85%;

　　b.線路設(shè)計(jì)盡量進(jìn)行動(dòng)力、信號(hào)隔離處理，防止電磁干擾，進(jìn)行干擾試驗(yàn);

　　c.功能部件進(jìn)行熱分析，高溫拷機(jī)測(cè)試;

　　d.振動(dòng)測(cè)試，一般按照5-200HZ，振幅2mm的掃頻振動(dòng)測(cè)試。

　　1.2機(jī)電產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)

　　機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，必須100%驗(yàn)證，在斷路器、線纜、繼電器、接插件等必須進(jìn)行電流、溫度、頻次等驗(yàn)證分析，主要為：

　　a.線路的選取考慮電流、溫度等其它要求;

　　b.電氣元器件的參數(shù)除符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)外，機(jī)器人的額外要求不許滿足，比如繼電器的動(dòng)作次數(shù)要求等;

　　c.接插件的接觸電阻、電流、耐熱等，同時(shí)考慮其防錯(cuò)、易維修性等。

　　1.3機(jī)加部件的可靠性設(shè)計(jì)

　　機(jī)械加工部件的設(shè)計(jì)，考慮其材質(zhì)、加工難度、安全系數(shù)等，裝配前必須100%檢查，全部合格后才能安裝，主要包括：

　　a.設(shè)計(jì)時(shí)用機(jī)械專(zhuān)用軟件進(jìn)行應(yīng)力分析，確保安全系數(shù)在2以上;

　　b.設(shè)計(jì)時(shí)考慮加工工藝，確保機(jī)加的尺寸、行位公差以及粗糙度等;

　　c.對(duì)部分特殊要求的，要控制其材質(zhì)與工藝，比如：發(fā)黑、耐腐蝕等特殊處理。

　　2關(guān)鍵部件可靠性驗(yàn)證

　　機(jī)器人的關(guān)鍵部件測(cè)試必須嚴(yán)格按照測(cè)試大綱進(jìn)行測(cè)試，詳細(xì)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。

　　2.1運(yùn)動(dòng)控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器

　　運(yùn)動(dòng)控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器為機(jī)器人主要運(yùn)動(dòng)控制部件，除電子元器件的可靠性測(cè)試外，額外需要進(jìn)行功能測(cè)試，包括：加減速測(cè)試、響應(yīng)測(cè)試、正反向運(yùn)轉(zhuǎn)電流沖擊測(cè)試、CPU負(fù)載率測(cè)試等。

　　2.2伺服電機(jī)

　　機(jī)器人伺服電機(jī)除一般的電機(jī)要求外，還要求電機(jī)具備高過(guò)載能力，同時(shí)由于其特殊的安裝與應(yīng)用環(huán)境，需要對(duì)其電機(jī)油封、制動(dòng)器都提出很高要求，表現(xiàn)為：

　　a.電機(jī)的油封本身動(dòng)密封要求很高，盡量采用高質(zhì)量的雙唇油封，一般測(cè)試3000H后進(jìn)行拆解，分析密封情況;

　　b.制動(dòng)器對(duì)于機(jī)器人為安全部件，其可靠次數(shù)必須達(dá)到萬(wàn)級(jí)以上，測(cè)試為制動(dòng)器扭力確認(rèn)，不能出現(xiàn)跌失。

　　2.3 減速器

　　在選取減速器的時(shí)，考慮電機(jī)轉(zhuǎn)速、設(shè)計(jì)指標(biāo)等來(lái)選取減速器的減速比、額定扭矩，并降額選取，同時(shí)考慮減速器的輸入齒輪配合、油路潤(rùn)滑等，在重要關(guān)節(jié)考慮設(shè)計(jì)走線方式與裝配方便性。

　　2.4管線包

　　工業(yè)機(jī)器人本體管線包包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)線纜，外圍IO線纜，總線線纜等組成，由于機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求，線纜必須滿足耐扭拉、高揉要求，最少滿足：1000萬(wàn)次以上的耐彎曲指標(biāo)。

　　3 整機(jī)可靠性分析與驗(yàn)證

　　3.1整機(jī)可靠性測(cè)試

　　各部件測(cè)試完成后，需要對(duì)樣機(jī)進(jìn)行整機(jī)測(cè)試，按照國(guó)家與企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)器人的功能測(cè)試外，必須要進(jìn)行可靠性測(cè)試，其中包括控制柜的振動(dòng)測(cè)試、溫控測(cè)試、本體振動(dòng)監(jiān)視等。

　　圖1與圖2是我們用加速度傳感器檢測(cè)的各軸電機(jī)在機(jī)器人高速運(yùn)行時(shí)的XYZ三方向的振動(dòng)情況。

　　由圖1的測(cè)試結(jié)果，可以分析原因，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)參數(shù)調(diào)整，減小機(jī)器人的本體振動(dòng)，從圖2中可以看出振動(dòng)從修改前的5G降到修改后的2G。

　　3.1.1整機(jī)120H功能測(cè)試

　　機(jī)器人的120H測(cè)試，包括機(jī)器人功能測(cè)試與拷機(jī)測(cè)試。功能測(cè)試包括：機(jī)器人3大坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)測(cè)試、零點(diǎn)復(fù)位、IO功能測(cè)試、各軸運(yùn)動(dòng)范圍與運(yùn)動(dòng)空間測(cè)試、各軸最大速度、重復(fù)精度測(cè)試，特殊要求的軌跡精度與D-H參數(shù)補(bǔ)償測(cè)試等。如圖3所示。

　　3.1.2整機(jī)1000H可靠性測(cè)試

　　在120H測(cè)試結(jié)束正常后，進(jìn)入1000H滿載100%速度各空間可達(dá)程序運(yùn)行測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中會(huì)監(jiān)視各軸的運(yùn)行情況，包括各軸電流、速度等曲線，測(cè)試結(jié)束后需要再次測(cè)試機(jī)器人的重復(fù)定位精度，分析機(jī)械本體與控制系統(tǒng)的精度偏移。同時(shí)對(duì)電柜整體的溫度、各電機(jī)部件溫度，機(jī)械傳動(dòng)部件溫度以及本體噪聲均監(jiān)控，規(guī)定噪聲不大于75分貝。

　　圖4與圖5表示測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的異常與正常電流、速度曲線對(duì)比，從圖3中明顯可以看出機(jī)器人處于異常狀態(tài)，這時(shí)需要排查機(jī)械本體傳動(dòng)與電機(jī)等原因。

　　3.1.3整機(jī)500H超載加速測(cè)試

　　在完成1000H測(cè)試后，還需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行130%負(fù)載，100%速度下運(yùn)行，主要進(jìn)行加速超額檢測(cè)，測(cè)試過(guò)程中，同樣監(jiān)視各軸的運(yùn)行情況，包括各軸電流、速度等曲線，測(cè)試結(jié)束后需要再次測(cè)試機(jī)器人的重復(fù)定位精度，分析機(jī)械本體與控制系統(tǒng)的精度偏移。

　　4 結(jié)論

　　從可靠性工程角度分析，在工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、生產(chǎn)制造、測(cè)試等階段都應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的可靠性工作，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)與設(shè)計(jì);采購(gòu)、加工階段對(duì)質(zhì)量的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行過(guò)程控制與試驗(yàn);在樣機(jī)階段必須進(jìn)行可靠性測(cè)試與加速，甚至破壞性測(cè)試;在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障記錄與搜集，這樣才能提高我們自主機(jī)器人的可靠性。

　　參考文獻(xiàn)

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