机电系统可靠性作业

课程名称： 机电系统可靠性设计与分析 考试形式：□专题研究报告 √论文 □大作业 □综合考试 学生姓名： 学号：

评阅人： 时 间：2014年 06 月 20 日

工业机器人控制系统可靠性设计

摘要：本文介绍了工业机器人的基本结构及其控制系统，同时由于控制系统的可靠性对

工业机器人的运动至关重要，通过对工业机器人控制系统的可靠性详细的介绍，提出了系统可靠性分配策略和可靠度故障分析策略。

关键词: 工业机器人；控制系统；可靠性

Abstract:This paper introduces the basic structure of the industrial robot and its control

system and the reliability of the control system are very important to industrial robot's movement.Through the introduction to the reliability of the industrial robot control system in detail,this paper puts forward the system reliability of allocation strategy and reliability of fault allocation policy.

Key words: industry robot; control system; reliability

一、工业机器人

1、工业机器人基本结构

工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统、感知系统、决策系统及软件系统组成。执行系统是工业机器人为完成作业，实现各种运动的机械部件。驱动系统为各执行部件提供动力，工业机器人采用的传动方式，通常有液压、气动和电动等几种驱动系统。控制系统对工业机器人实行控制和指挥，使执行系统按规定的要求进行操作。一般它由控制计算机或可编程控制器、电气与电子控制回路、辅助信息和电气器件等组成。

工业机器人结构由机器人本体、控制器和软件三大部分构成。基本结构如图1所示：

2、工业机器人的控制系统现状和发展趋势

工业机器人控制系统是控制机器人完成预期运动轨迹的软件单元和硬件单元统称。机器人控制系统是保障机器人性能重要组成部分，对机器人技术的发展有很大程度上的影响。工业机器人运动控制是指在特定环境中，将机器人控制方案、规划

指令转变成期望的机械运动，实现机械运动精确的位置、速度、加速度以及转矩或力的控制。

伺服驱动系统是机器人控制系统重要组成部分。目前，工业机器人控制系统的伺服控制单元具有三种控制方式：速度方式，转矩方式，位置方式。从原理上讲，之所以有这三中控制方式是因为伺服系统一般为三环控制。最内部的电流环控制电机转矩，因此转矩模式下伺服驱动器运算量最小、实时反映最快。速度环是第2环，依靠编码器的反馈信号完成PID调节。位置环是第3环，位置控制运算涉及所有控制环，计算量最大、实时响应速度也最慢。

3、工业机器人伺服控制系统

工业机器人的电气伺服控制系统有开环和闭环控制两种方式，如图2所示。

半闭环控制反馈取至电机非负载侧的编码器,机械机构的运动处于闭环外。这种调节系 统有较好的动态性能,但机械传动系统的误差得不到闭环补偿。全闭环系统的反馈取至被调节对象,伺服机构的误差可以得到系统的闭环补偿,因此调节精度高,但要求伺服机构刚性好,传动间隙小,否则得不到较好的补偿效果。

图1 工业机器人基本结构

开环机器人系统普遍采用步进电机驱动，而闭环控制机器人多采用直流或交流伺服电机

驱动。闭环系统是负反馈控制系统，检测元件将执行部件的位移、转角、速度等最变换成电信号，反馈到系统的输入端并与指令进行比较，得出误差信号的大小，然后按照减小误差大

小的方向控制驱动电路，直到误差减小到零为止。反馈检测元件一般精度比较高，系统传动链的误差、闭环内各元件的误差以及运动中造成的误差都可以得到补偿，从而大大提高了系

统的跟随精度和定位精度。

图2 半闭环与全闭环系统结构框图

二、工业机器人系统的可靠性

工业机器人的应用随着科学和技术的发展在工业自动化领域越来越广泛, 但在其可靠性方面却令人堪忧, 工业机器人在应用时出现的可靠性弊端给我们以警醒, 必须高度重视工业机器人控制系统的可靠性。工业机器人控制系统可靠性的研究就是在此背景下被人们重视起来, 而工业机器人控制系统可靠度分配策略的研究是其可靠性研究中至关重要的组成部分, 但目前为止, 对工业机器人控制系统可靠度分配策略的研究几乎处于空白, 因此, 本文进行了工业机器人控制系统可靠度分配策略的研究并展望其未来的发展方向。

1、工业机器人系统可靠性模型框图

工业机器人系统通常可以被看成是一个4 级串联系统, 即由系统、子系统、单元(部件) 和元件组成的复杂机电系统。

大体上, 工业机器人系统中的机器 人本体子系统、驱动单元子系统为机械子系统, 控制子系统、人工智能子系统为电子子系统, 由于机械子系统及元件的寿命分布与电子子系统及电子元件的寿命分布不同。因此, 这两类子系统采用不同的可靠度分配方法, 同时, 电子子系统中的控制软件是一个特殊单元, 在研究工业机器人系统可靠度分配策略时, 将它假设为1 。系统的可靠性模型框图如图3所示。人工智能子系统可靠性模型框图如图4所示。

图3 工业机器人可靠性模型框图

图4 人工智能子系统可靠性模型框图 …… 此处隐藏：2261字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……