面向工业机器人系统的可靠性预测方法研究1

第35卷第10期

2005年10月数学的实践与认识Vol135　No110　October,2005　

面向工业机器人系统的可靠性预测方法研究

陈胜军

(南京师范大学信息与控制工程技术研究中心,南京　210042)

摘要:　阐述了工业机器人系统可靠性研究的意义和基本思路,提出了工业机器人可靠性预测的模型和方

法.实例分析表明本文所建立的可靠性预测理论较好地解决了工业机器人这一复杂系统的可靠性预测问题,具有工程实用价值.

关键词:　机器人;可靠性预测;失效率

1　引　　言

　　机器人具有自由度多、运动范围大、结构复杂和较强的独立性等特点.这一方面使机器人具有高度的灵活性,同时也使得在机器人运动的包络范围内每一处都成为潜在危险区,一

旦失效或发生故障,将造成难以预测的后果.机器人实用化和商品化的关键在于它的可靠性和安全性.因此,研究机器人系统的可靠性问题具有重要的现实意义.对于机器人这么一个包含机械、光电、电气、液压、计算机等多种类型元器件和控制软件在内的复杂系统来说,研究其可靠性问题相对比较困难,关于这方面的报道还非常罕见[1].正因为如此,努力开展这方面的基础研究显得尤为重要.

2　机器人系统的可靠性预测方法

2.1　可靠性数学模型

可靠性数学模型的一般表达式为:

(1)Rs(t)=f[R1(t),R2(t),…Rn(t)]

式中:Rs(t)为系统的可靠度,下同;Ri(t)为元件i的可靠度(i=1,2,…n),下同;n为元件的总数量.针对某种具体机器人系统,公式(1)还有具体的表达形式.不失一般性,假设:1)机器人各子系统之间不存在工作替代关系且无冗余,即若某一个子系统发生故障或失效,则整个机器人系统就无法正常工作;2)组成各子系统的元件之间也不存在工作替代关系且无冗余,即若某一个元件发生故障或失效,则整个子系统无法正常工作.在上述假设条件下可知:机器人的各子系统以及整个系统均为可靠性串联模型.因此,机器人串联系统可靠性的一般数学模型为:

n

Κs(t)=

Rs(t)=

∑Κ(t)

i

i=1n

(2)

∏R

i=1

i

(t)=exp[-

Κ(t)dt]

∫

0s

t

(3)

收稿日期:2004208227

基金项目:南京师范大学科研启动基金项目(2002KZXXGQ2B31)