多失效模式下的工业机器人谐波减速器时变可靠性分析

发布时间：2020-11-03 14:55

　　 工业机器人作为高端制造装备的重要组成部分,广泛应用于汽车装配制造、电子电器和食品加工等行业。国产工业机器人普遍存在平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure,MTBF)短、死机、精度保持性不好等问题。谐波减速器是工业机器人的关键零部件之一,通过与伺服电机联接,起到减速增扭的作用,并直接承受复杂工况下的扭矩载荷,其可靠性直接影响着工业机器人的性能与安全。因此,对工业机器人谐波减速器开展可靠性研究有着十分重要的意义。目前,关于谐波减速器可靠性的研究多是针对单一失效模式的静态可靠性分析,没有考虑多失效模式相关下的系统可靠性及可靠度随时间变化的问题。因此,有必要开展工业机器人谐波减速器在多失效模式相关下的时变可靠性研究,从而科学地评估其可靠性,为优化设计指明方向。针对上述不足,本文以工业机器人常用的短筒谐波减速器为研究对象,主要开展了以下研究工作:(1)应用失效模式、影响及危害性分析(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis,FMECA)方法,对工业机器人谐波减速器的失效模式进行分析,通过风险优先数(Risk Priority Number,RPN)确定系统的薄弱环节和主要失效模式。并基于失效物理分析,建立主要失效模式的功能函数。(2)基于Vine Copula函数开展多失效模式相关下的静态可靠性分析方法研究,将多失效模式相关下的静态可靠性问题转化为单失效模式下的静态可靠性和失效模式之间关联性的求解问题。确定了工业机器人谐波减速器各功能函数中随机变量的分布类型和参数,采用Copula函数刻画失效模式间的相关关系。通过与蒙特卡洛仿真(Monte Carlo Simulation,MCS)结果对比,验证了该方法的有效性和考虑多失效模式相关的必要性。(3)在多失效模式相关下的静态可靠性分析方法的基础上,提出了一种用于多失效模式相关下时变可靠性的分析方法,将多失效模式相关下的时变可靠性问题转化为单失效模式下的时变可靠性和失效模式之间的时变相关关系的求解问题。考虑工业机器人谐波减速器中载荷的时变特征和材料性能的退化特征,建立了各主要失效模式的时变功能函数,采用时变Copula函数描述了失效模式间的时变相关关系。通过与MCS结果进行比较,验证了该方法的有效性。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TB114.3;TP242.2
【部分图文】：

第一章绪论1第一章绪论1.1研究背景与意义工业机器人融合了机构学、仿生学、计算机、信息传感技术、控制论和人工智能等学科，在先进制造技术领域具有十分重要的地位，代表着一个国家的工业自动化水平[1]。工业机器人又称为多关节机械手，按应用途径可分为焊接机器人、码垛机器人、搬运机器人、喷涂机器人和装配机器人等，广泛应用于汽车装配制造、电子电器和食品加工等行业，如图1-1所示。作为高端制造装备的重要组成部分，工业机器人已经成为先进制造业发展不可或缺的支撑技术，能够显著改善由于人口结构变化造成的劳动力短缺与制造业用人成本逐渐上升的问题，从而提高企业生产效益、降低成本，增强核心竞争力。图1-1工业机器人的应用领域近年来，我国工业机器人产业进入高速增长期，已经连续七年成为全球第一大消费市场，图1-2列出了2017-2019年中国工业机器人的市场规模，并对后续三年的情况进行了预测，可见国内工业机器人市场的巨大发展空间。国内的机器人产业发展始于20世纪70年代初，但由于当时国内制造业技术比较落后，加上我国人口红利优势较为明显，因此发展速度不快。到了20世纪80年代中期，我国开始改革开放，国内机器人产业受到重视并得到了迅速发展。随后，在第七个五年计划中，机器人被列为国家重点科研项目。“863”计划启动时，智能机器人的主题被确立。最近，机器人又被列为了“中国制造2025”的重点发展领域[2]。经过几十年的发展，我国工业机器人取得了一定的进步，在某些技术上有所发展。但目前还缺乏技术上的整体突破，特别是在制造工艺和整套设备方面，缺乏高精密减速器、伺服电机、控制器等关键零部件的核心技术[3]，导致国产工业机
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 Zhang Chao;Wang Shaoping;Wang Zimeng;Wang Xingjian;;An accelerated life test model for harmonic drives under a segmental stress history and its parameter optimization[J];Chinese Journal of Aeronautics;2015年06期

2 潘尔顺;陈震;;高可靠性产品退化建模研究综述[J];工业工程与管理;2015年06期

3 黄兴;何文杰;符远翔;;工业机器人精密减速器综述[J];机床与液压;2015年13期

4 张德权;韩旭;姜潮;刘杰;龙湘云;;时变可靠性的区间PHI2分析方法[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2015年05期

5 丰飞;王炜;唐丽娜;陈风帆;白彦伟;;空间高精度谐波减速器的应用及其发展趋势[J];机械传动;2014年10期

6 李谦;;绿的谐波——领跑机器人精密谐波减速器[J];机器人技术与应用;2014年03期

7 王田苗;陶永;;我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J];机械工程学报;2014年09期

8 邹创;陶涛;梅雪松;吕江伟;姜歌东;;机器人关节短筒谐波减速器接触计算与分析[J];西安交通大学学报;2013年05期

9 唐家银;何平;宋东利;;基于Copula函数的失效相关构件可靠度计算[J];机械强度;2010年05期

10 卢其辉;梁医;范元勋;王华坤;;基于谐波传动啮合仿真的齿形干涉研究[J];系统仿真学报;2009年19期

相关博士学位论文 前1条

1 李俊阳;空间润滑谐波减速器失效机理及其加速寿命试验方法研究[D];重庆大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 蔡俊;考虑认知不确定性的工业机器人可靠性指标预测方法[D];电子科技大学;2019年

2 杨斌;工业机器人的可靠性分配方法研究[D];电子科技大学;2019年

3 张泽;谐波齿轮传动超短筒柔轮的有限元分析和结构优化设计[D];天津工业大学;2018年

4 刘静;基于子集模拟的可靠寿命分析方法及应用研究[D];电子科技大学;2018年

5 王静静;某谐波减速机波发生器柔性轴承疲劳寿命研究与结构优化[D];湖南大学;2016年

6 张旺;基于Copula函数的结构可靠性分析[D];湖南大学;2015年

7 于鹏飞;机器人用短筒柔轮谐波减速器研制与性能测试[D];哈尔滨工业大学;2012年

8 彭宝林;内啮输出环形重载精密谐波传动承载与失效的研究[D];南京理工大学;2011年

9 郭小林;滤波减速器结构可靠性研究[D];重庆大学;2010年

10 薄书信;谐波齿轮传动柔轮应力及轮齿磨损分析[D];哈尔滨工业大学;2008年

本文编号：2868726