特种重载机器人故障模式、影响及危害性分析

随着我国机器人产业的飞速发展,特种重载机器人在冶金、矿山和灾害救援等领域中发挥越来越重要的作用,由于机器人长时间处于重载运行工况下,其可靠性已引起人们的高度重视。为了从根本上提高特种重载机器人的可靠性,本文以沈阳新松某特种重载机器人为例,首先介绍了该机器人的系统结构及各系统结构的功能,然后进行故障模式影响及危害性分析(FMECA),分析潜在故障模式对该机器人所造成的影响及严酷度,并给出相应的设计改进措施以及使用措施,为完善特种重载机器人的设计、提高特种重载机器人的可靠性提供重要依据。

基于KUKA重载机器人的柔性搅拌摩擦焊接系统开发与试验研究

为实现铝合金复杂结构产品的高效率高质量搅拌摩擦焊接成形,开展了基于KUKA重载机器人与新型搅拌摩擦焊技术结合的柔性焊接系统研究,通过自主研制多功能搅拌摩擦焊主机单元和试验工装,开发机器人柔性焊接专用控制系统实现集成控制,以此为基础开展了平板焊接试验试片接头组织性能研究及空间曲线轨迹的搅拌摩擦焊试验验证。研究结果表明:该重载机器人搅拌摩擦焊接系统可稳定实现6 mm厚2219 C10S铝合金平板试片和3 mm厚S形空间曲线焊接试验件的焊接,当搅拌头为转速n=800 r/min,焊接速度υ=200 mm/min时,试片接头抗拉强度和延伸率等力学性能较好,对试样焊缝进行超声相控阵及X光检测,未发现焊缝内部存在孔洞、裂纹等超标缺陷,验证了机器人搅拌摩擦焊接系统和工艺方法的适用性。

DH坐标系中重载机器人参数辨识的研究

基于整体辨识法,以500kg工业机器人为研究对象,对其进行惯性参数辨识研究。首先在DH坐标系中,通过拉格朗日法建立机器人动力学模型,并推导其关节力矩与惯性参数之间的线性关系,接着采用QR分解法重组惯性参数,得到一组可辨识的最小惯性参数,然后规划机器人参数辨识所需的激励轨迹,并在MATLAB中编写遗传算法对其进行优化,最后在Adams软件中进行仿真实验并进行参数估算。实验结果表明,此辨识方法对于采用DH法建系的机器人是正确且有效的。

冶金重载机器人附加轴热分析与防护方法研究

依据炼钢厂现场需求,设计了一种机器人辅助重载回转附加轴结构,并通过对连铸炼钢环境下大包、出水口极其周边环境的温度测量和冶金设备进行模拟建模,进行了热力学仿真分析,得出了热力场分布的仿真结果.提出了两种热防护方法,主动热防护通过设备温控空压机喷射冷空气反馈降温,被动热防护给机器人穿戴新型隔热材料,解决了冶金工艺机器人连铸中间包区域内冶金钢包炉热源对自动化机器人电子设备的温度影响等诸多的问题.设备的热防护方法在现场已得到了实际应用.

重载机器人横梁结构静动态特性分析与优化

为了探究并改善重载桁架机器人横梁结构在承受极限负载压力下的静动态特性,利用有限元方法分析该结构的静动态特性并进行结构优化.静态分析结果表明,横梁结构在承受极限负载17800 N的压力下,横梁结构在Y方向上的最大变形量为0.470 mm.动态分析结果表明,横梁结构的前6阶固有频率为47~134 Hz.谐响应分析结果显示了前3阶固有频率对结构的影响.优化结果表明,在中心复合设计(CCD)与最佳填充空间设计(OSF)2种不同实验设计方法下,OSF实验设计方法具有更好的优化效果.OSF实验设计优化后,横梁结构的质量降低了1.47%,总变形量降低了18.41%,频率降低了13.48%.

智能重载机器人的设计与应用

以煤矿巷道修复机为原型,对其结构进行改进;搭载油/电两用新型高效混合动力驱动控制系统,满足不同作业需求;对控制、传感与监控等模块进行协同控制,有效提升机器人智能化;将云计算、大数据、虚拟现实等技术进行有效融合,构建了完整数字矿山类智能巷道重载机器人体系。与传统机器人相比,构建的重载机器人提升了其结构的轻便性与作业的灵活性,且智能化程度更高,自主控制能力更强,能适应巷道内狭小封闭的环境,提高了生产效率。

重载机器人平衡系统建模及验证

针对华恒焊接股份有限公司的重载机器人本体,对其液气平衡系统进行了理论分析,推导了该平衡系统对应的平衡力矩理论模型,并给出了臂杆自重及负载作用在其肩关节上的偏重力矩,从而建立了该液气平衡系统的数学模型。最后进行了重载机器人平衡缸实验,验证了所建立的平衡系统数学模型的正确性。

一种水平关节重载机器人的仿真分析

本文提出了一种水平关节重载机器人,通过机器人的D-H参数找出了最恶劣工况,并通过对三维模型的简化、加载、约束、网格划分、计算和后处理,计算了最恶劣工况下机器人的应力和变形等仿真结果,并进行优化。优化后的机器人应力满足材料许用应力和安全系数,变形满足机器人的控制精度要求。该机器人结构更加简化,节省空间占用,自重轻,自动化程度高,能够在物料移运领域有更广泛应用。

基于Java3D的重载机器人运动学建模与仿真软件开发

建模与仿真是重载机器人自主研发设计、优化和快速系统开发的重要基础和手段。从系统开发需求出发,针对国产150kg重载机器人特点,论述了基于Java3D平台手段的机器人运动学建模与仿真软件的开发方法。采用D-H参数法建立重载机器人运动学模型,通过引入关节属性来唯一确定逆解,避免了在逆解计算中复杂的多解择优过程,从而提高了机器人逆解算法效率。利用Java3D提供的三维模型载入接口和Java Swing轻量级组件进行仿真软件的开发。详细论述了系统建模算法原理和3D仿真过程模型导入、显示和人机交互的实现,并给出了基于仿真软件的运动学算法验证分析。

冶金重载机器人附加轴热分析与防护

通过对于炼钢厂现场的需求进行细致的分析和研究,科研人员通过不懈的努力,研发出来了机器人辅助重载回转附加轴结构,运用了建模和仿真软件,对于附加轴进行了结构的规划与设计,并进行了仿真分析以及传动结构的消隙设计。此设备一经问世,迅速受到了炼钢企业的广泛关注与重视,并科学、合理的进行了应用,发现其在定位精准和承载能力等等各个方面与使用的要求非常的符合与一致。因此文章将对冶金重载机器人附加轴热分析和防护进行细致的研究,以做参考。

重载机器人安装汽车前后轴

由于重载重机器人及其整套抓具可以简单而迅速地按产品要求进行调整,德国宝马汽车公司用高荷载曲臂机器人安装汽车前后轴总成。

接触网吊柱安装重载机器人动态分析与结构优化

针对接触网吊柱安装重载机器人高精度、大负载、高可靠性的工作特性,在运动学和静力学方面进行结构设计和优化并不能完全满足需求,必须通过掌握机器人的动态特性,面向动态特性对机器人整体结构进行结构优化研究。首先,基于Kane方法建立了机器人的刚柔耦合动力学模型,在ANSYS有限元分析软件中对典型位姿下的机器人本体结构进行模态仿真分析和谐响应分析,通过模态仿真的振型分析发现机器人大臂横向扭转振动以及关节柔性是影响动态特性的主要原因。基于动态仿真和谐响应结果,对大臂进行基于响应曲面法的多目标优化设计以提高整机的动态性能。结果表明机器人的整机低阶固有频率从5.81 Hz提升至14.43 Hz,整机的动态性能得到较大的改善,验证了结构优化的有效性。

重载多关节石材加工机器人结构设计及仿真分析

针对我国石材加工企业设备智能化水平较低、结构粗糙、功能单一、加工效率低、多以一轴运动为主且只能完成一些简单的加工动作等问题。基于一种多关节减速机+旋转轴组合型的连接方式,提出一款重载多关节石材加工机器人。为验证其合理性与有效性,建立了重载多关节石材加工机器人的实体模型,利用ANSYS有限元分析软件对大臂和小臂的应力分布及形变位移进行仿真分析。在大臂和小臂右端圆柱面处施加约束,在大臂左端上部分和下部分沿Z轴负方向施加254.8 N和3350 N的面载荷,在小臂左端沿Z轴负方向施加2600 N的面载荷。仿真结果表明:大臂和小臂的最大应力发生处均出现在右端的轴承安装处,且大臂的最大应力值10.007 MPa,小臂的最大应力值12.528 MPa均远小于材料抗拉强度300 MPa。大臂的最大形变位移值为0.1037 mm,小臂的最大形变位移值为0.038 mm均较小。验证了机器人设计的合理性和有效性。

采用非线性频谱的重载工业机器人故障机理分析

针对重载机器人故障机理分析问题,利用非线性频谱分析重载机器人系统故障特性。考虑重载机器人系统中存在的柔性关节,在重载机器人刚柔耦合动力学模型基础上,利用递推法建立重载机器人关节的前4阶基于输出频率响应函数的非线性输出频率响应函数(NOFRF)频谱计算模型,得到不同疲劳故障程度下的NOFRF频谱;利用NOFRF频谱对关节发生机械疲劳时高次谐波成分和亚共振现象进行分析解释,并进行了故障诊断实验。结果表明:NOFRF频谱对关节疲劳故障很敏感,能够较好地解释重载机器人因关节机械疲劳故障产生抖动现象的机理;与利用系统输出频域和时频域信号进行故障诊断的方法相比,所提采用NOFRF频谱作为故障特征的方法在重载机器人的诊断准确率分别提高了19.38%和6.88%,达到了93.13%。

电驱动重载六足机器人关节转速分析方法

为合理匹配电驱动重载六足机器人关节的驱动装置和传动装置,提出一种快速、精确获得关节转速的方法。基于某一关节转动以实现机器人最大步行速度指标,建立该关节转角与机器人最大步行速度指标的数学关系式,研究螃蟹型三角步态下的髋关节和膝关节在最小摆角和最大摆角时的相应输出转速以及蚂蚁型三角步态下的跟关节输出转速,并获得跟关节转角和转速随髋、膝关节夹角的变化趋势。根据ADAMS软件和研制的机器人单腿与样机,进行关节转速的仿真验证和试验分析,分别获得机器人承载平台重心的速度曲线和关节伺服电动机脉冲数曲线。仿真和试验结果表明,机器人关节转速分析方法具有合理性和有效性,能够可靠地应用于重载多足机器人的研制。

基于力觉控制的快速补偿重力的重载机器人辅助装配策略研究

卫星面板体积与质量大,装配精度要求高,现有通过吊装-人工协调装配,调姿效率低,精度差,易发生碰撞,难以保证装配效率与精度。通过在机器人末端安装六维力传感器,实时检测末段工具重力和外部引导力、力矩,基于逆运动学求解,提出外部随机牵引力作用下重载机器人的重力随动补偿策略。采集机器人多个姿态下的数据,设计400组设计重力补偿实验,结果表明空载状况下重力补偿整体误差波动均值不超过±0.2,方差波动不明显;设计可阶段变化的力控参数,通过对比实验优化,能够让力和位移产生阶段变化,力的阈值控制在50N附近。实验结果表明,重载机器人力控策略可以实现人工引导装配下的重型卫星面板装配位姿快速响应与对接精度保证。

冶金机器人重载回转附加轴的设计与分析研究

设计了一种应用于冶金行业中的悬臂重载旋转附加轴结构,采用建模和仿真软件对附加轴进行整体结构设计、力学和仿真分析及传动结构的消隙设计.根据仿真结果以及大型铸造结构件的结构设计和传动设计中出现的问题,设计出了强度可靠的附加轴结构、简洁稳定的旋转轴系结构和可调节传动精度的消隙传动结构.此设备在现场已得到了实际应用,在定位精度和承载能力方面均达到了使用要求.

新型全液压重载锻造机器人机构设计及分析

针对全液压重载锻造机器人载荷大、搬运速度快和定位精度高的特点提出了一种新型机构方案,该方案能够实现车身回转、夹钳伸缩、夹钳升降、夹钳回转和钳头夹紧五个自由度的运动,其运动主体为一种混联机构,由三组平行四边形连杆机构构成,采用三组液压缸并联驱动,可有效增大机器人工作空间,使负载分配合理,易于控制。建立了运动学和动力学模型,采用正弦曲线将机器人夹钳末端的位移规划为直线运动,在MATLAB中求解出机器人的工作空间,得到了直线运动下各组液压缸的位移和驱动力变化曲线,验证了该模型的正确性和机构的合理性,为重载锻造机器人机构设计提供了一种解决方案。

煤矿巷道修复重载作业机器人现状与发展趋势

煤矿重载作业机器人是替代高危岗位工人作业的智能装备,面临作业空间狭小局促、作业环境复杂多变等挑战。总结了重载工业机器人现状及煤矿巷道修复装备的发展历史,指出目前煤矿巷道修复装备仅实现了遥控和自动卷缆功能,智能化水平不高,需研发煤矿巷道修复重载作业机器人;提出了煤矿巷道修复重载作业机器人的概念及功能定位,指出煤矿巷道修复重载作业机器人研制面临狭长封闭巷道空间内位姿精确感知、行走路径规划与行走控制、作业轨迹规划与运动控制等关键技术问题;阐明了煤矿巷道修复重载作业机器人发展方向为提高煤矿巷道修复重载作业机器人的可靠性、稳定性和智能化水平,加强与其他机器人施工工艺的匹配。

混联式重载铸造机器人结构设计与分析

针对现有浇注技术的不足,为解决人工浇注和串联机器人固定工位浇注存在的负载小、柔性度不足和工作效率低等问题,基于机构拓扑结构理论,设计了一种5自由度混联式重载铸造机器人。介绍了铸造机器人的总体设计方案和工作原理,完成并联工作臂的设计和自由度计算;并运用ADAMS软件对并联工作臂进行运动学仿真分析与模型控制设计,对浇包的运动规律与并联工作臂滑台位移变化规律进行了分析。结果表明,并联工作臂的结构设计可靠合理,所设计的混联式可移动重载铸造机器人能够满足浇注要求,提高了浇注效率。