工业机器人的可靠性分配方法研究

摘要

可靠性是反映工业机器人整体质量的综合指标，是决定工业机器人产品市场竞争力的重要因素。可靠性分配作为可靠性分析方法中的一种，在产品设计或研制阶段起着至关重要的作用。 本文通过调研、查阅有关工业机器人的文献，总结了工业机器人的工作特点、结构组成，为研究工业机器人的可靠性奠定基础。结合可靠性分析方法，对工业机器人进行了基本可靠性分配和考虑费用因素的优化可靠性分配，为企业提高工业机器人的可靠性提供了可靠性分配方案。主要研究内容和成果如下： (1)将可靠性分析中的FMECA方法运用在工业机器人中，从整体到局部分析工业机器人所有可能发生的故障模式以及故障原因。然后再利用故障树分析法，建立以“工业机器人故障”为顶事件的故障树，通过定性分析和定量计算，得到工业机器人的可靠度和各个基本底事件的概率重要度。最后由基本底事件可靠度的增加量与其概率重要度的比例关系，计算出经过分配后各个底事件的可靠度。 (2)对新型工业机器人设计初期而言，往往工业机器人各子系统的故障数据无法得到，从而难以开展可靠性分配工作。本文提出一种适用于新型工业机器人设计初期的可靠性分配方法。在考虑多影响因素的前提下，利用层次分析法的优势获得各影响因素的权重，再将模糊综合评价结合其中，建立一个基于层次分析的模糊综合评价分配模型。最后通过实际算例，给出了分配结果。 (3)可靠性分配大致可以分为两类，第一类是无约束的可靠性分配，又称为基本可靠性分配；第二类是有约束的可靠性分配，又称为可靠性优化分配，其实质是非线性优化问题。本文主要基于经典的费用函数，建立考虑费用因素的工业机器人可靠性分配模型。其中影响工业机器人总费用的因素有很多，本文列举了基本费用、研发费用、维护费用和保养费用。在考虑这些费用因素的情况下，建立了工业机器人的非线性优化模型，通过MATLAB帮助计算出了考虑费用因素的工业机器人子系统分配后的可靠度。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1工业机器人的发展

1.2.2 可靠性分配研究现状

1.3.1本文研究内容

1.3.2 本文结构安排

第二章 工业机器人及可靠性基础

2.1 工业机器人概述

2.1.1工业机器人工作原理

2.1.2 工业机器人的分类

2.1.3 工业机器人子系统划分

2.2 可靠性基本理论

2.2.1 可靠度与累积故障概率

2.2.2 平均寿命

2.2.3 可靠性常用的概率分布

2.2.4 常用可靠性框图及数学模型

2.3 本章小结

第三章 基于故障树的工业机器人可靠性分配

3.1.1 FMECA 分析的基本概念

3.1.2 FMECA分析技术的发展

3.1.3 FMECA分析步骤

3.1.4 工业机器人FMECA约定层次划分

3.1.5 工业机器人FMECA分析结果

3.2 工业机器人故障树分析及可靠性分配

3.2.1 故障树分析步骤

3.2.2 故障树建模

3.2.3 定性分析及定量计算

3.2.4 计算概率重要度

3.2.5 可靠性分配

3.3 本章小结

第四章 基于层次分析的模糊综合可靠性分配

4.1 层次分析法

4.1.1 建立层次结构

4.1.2 因素重要性判断矩阵

4.1.3 检验矩阵一致性

4.1.4 权重确定

4.2 模糊综合评价法

4.2.1 构造影响因素集和单元集

4.2.2 确定影响因素权重

4.2.3 确定隶属函数矩阵

4.2.4 模糊综合评价结果

4.3 基于层次分析的模糊综合评价法

4.4 工业机器人子系统可靠性分配

4.4.1 工业机器人层次模型建立

4.4.2 工业机器人影响因素的分配原则

4.4.3可靠性指标分配计算

4.4.4 算例

4.5 本章小结

第五章 考虑费用因素的工业机器人可靠性分配

5.1.1费用函数的性质

5.1.2 常见费用函数模型

5.2 建立工业机器人费用函数模型

5.2.1 费用系数

5.2.2 最大可靠性水平

5.2.3 初始可靠性水平

5.3 基于费用函数的可靠性分配模型

5.4 可靠性分配计算

5.4.1基于拉格朗日乘子法计算过程

5.4.2 基于遗传算法可靠性分配计算

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研项目与取得的成果