采用非线性频谱的重载工业机器人故障机理分析

陈乐瑞,曹建福,胡河宇

(西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,710049,西安)

重载机器人一般是指末端有效负载在100 kg以上、负载自重比在1∶2～1∶8之间的工业机器人[1],该类机器人系统具有负载能力大、重复精度高和运行速度快等优点,在智能制造、抢险救灾和建筑施工等生产过程中发挥着重要作用。该类机器人长时间在重载工况下连续运行,关节很容易因机械疲劳故障产生抖动的症状,再加上系统具有非线性、时变性和耦合性等特点,如何实现重载作业机器人故障的快速、准确诊断成为了当前机器人研究的热点问题之一[2]。从控制角度看,机器人是非线性闭环系统,故障发生时会呈现强烈非线性特性变化。为了能对故障进行准确诊断,对系统故障机理进行分析非常必要。

目前,有关重载机器人的研究主要侧重于系统结构设计[3-4]、动力学特性分析[5-6]和动态控制[7-8]等方面。有关重载机器人故障诊断研究比较少。文献[9]建立重载机器人功率消耗模型,通过监测系统功耗来实现机器人故障诊断;文献[10-11]将工业机器人在不同工况下的振动信号作为故障分析的原始数据,结合相应的分类器完成了系统故障诊断;文献[12]提出基于声发射信号的机器人用RV减速器故障监测方法,通过提取系统故障时声发射信号故障特,获得RV减速器不同故障的声发射信号变化规律。这些研究是通过采集机器人发生故障时的某种类型信号,并以此作为故障特征加以提取,然后结合相应分类器实现故障类型输出。……