一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法技术

本发明专利技术公开了一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法，克服了现有技术存在的机器人早期故障排除试验时间长、经济成本高的问题，工业机器人早期故障排除试验方法的步骤为：1.建立受试机器人的可靠性模型：1)建立受试机器人的强度函数；2)采用极大似然法对受试机器人强度函数中的未知参数进行估计；2.计算受试机器人从早期故障期到偶然故障期的时间拐点：1)计算经验失效函数；2)计算模式类别函数V

Test method for early troubleshooting of moving industrial robots

The present invention discloses a kind of industrial robot handling early troubleshooting test methods, to overcome the problems of existing technology of robot early troubleshooting of long test time, high economic costs, test methods for troubleshooting early steps: 1 industrial robot was established by reliability model test robot: 1) was established by the strength function test robot 2 of the subjects); the unknown parameters of the robot strength function were estimated by the maximum likelihood method; calculation of 2 subjects from the early stage to robot failure random failure period time inflection point: 1) calculation experience failure function; 2) computing model category function V

【技术实现步骤摘要】
一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法
本专利技术涉及一种用于工业机器人早期故障的排除方法，更确切地说，本专利技术涉及一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法。
技术介绍
当前我国大力发展工业机器人，在《中国制造2025》中工业机器人更是处于核心地位。随着人力成本升高，人口红利逐渐消失，机器换人愈演愈烈，因此机器人有着良好的应用前景和广阔的市场。然而我国工业机器人发展落后，其可靠性远低于国外同类产品，随着工业机器人自由度的增加和性能的提升，其早期故障也逐渐增多。一般来说，工业机器人的故障强度函数曲线符合“浴盆曲线”规律，在使用早期，其内部往往隐藏着大量的设计制造缺陷和故障隐患，比如配套元器件的质量差、失误的设计或者制造工艺的不成熟等，这些问题需要在出厂以前加以解决。因此，工业机器人做好早期故障排除工作，对于机器人企业提供可靠性高的工业机器人就变得至关重要。我国关于机器人的早期故障排除试验的研究起步较晚，目前虽然有一些关于机器人早期故障消除的方法，但是缺乏系统的、完善的、能够让机器人企业和用户接受的早期故障排除试验方案。因此在现有技术框架下，必须找到一种合适的，行之有效的机器人早期故障排除试验方法
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的机器人早期故障排除试验时间长、经济成本高的问题，提供了一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法。为解决上述技术问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的：所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法的步骤如下：1)建立受试机器人的可靠性模型；2)计算受试机器人从早期故障期到偶然故障期的时间拐点；3)对受试机器人的试验时间进行优化；4)受试机器人整机早期故障排除试验。技术方案中所述的建立受试机器人的可靠性模型是指：1)建立受试机器人的强度函数：(1)受试机器人故障强度函数由早期故障期和偶然故障期两部分组成，并且每一阶段都是一个威布尔过程，则该受试机器人故障强度函数为：(2)累积故障强度函数为：式中：α1、α2、β1、β2＞0，α1、α2是尺度参数，β1、β2是形状参数，t是故障发生累积运行时间，由于该模型是两重威布尔过程构成，其强度函数具有非单调的浴盆曲线趋势，因此该模型的两个形状参数具有如下关系：(β1-1)(β2-1)＜0(3)(3)强度函数为威布尔过程，当0＜β＜1，表示不断改良的好系统；当β＞1，表示不断恶化的坏系统，因此假设β1＜1，β2＞1。2)采用极大似然法对受试机器人强度函数中的未知参数进行估计：得受试机器人的故障强度函数即所建立的可靠性模型：式中：是对α1、α2的估计值，是对β1、β2的估计值。技术方案中所述的采用极大似然法对受试机器人强度函数中的未知参数进行估计是指：(1)受试机器人的故障发生累积运行时间数据来自K台受试机器人或与受试机器人结构类似、功能相同、工况相近的机器人故障数据，第i台的故障观测时间为[0，Ti]，Ti为现场试验的截尾时间，t0≡0，采用极大似然估计法估计相应参数，得相应的似然函数为：式中：ni表示第i台机器人在故障观测时间中发生的故障总数，tij表示第i台机器人发生第j个故障时的故障发生累积运行时间，α1、α2是尺度参数，β1、β2是形状参数；(2)对式(4)求其对数函数，得表达式：(3)由累积故障函数可得：(4)由式(6)可得：(5)由式(7)将式(5)转换为三参数的函数，即：(6)似然函数参数估计转化为以下求最大化问题：maxl′K(9)(7)利用MATLAB工具箱，选择初始值，迭代求解，根据经验在没有合适的初始值情况下，可以假设：(8)由此求得受试机器人的故障强度函数。技术方案中所述的计算受试机器人从早期故障期到偶然故障期的时间拐点是指：采用聚类分析的方法来求解受试机器人从早期故障期到偶然故障期的时间拐点：1)计算经验失效函数；2)计算模式类别函数V1、V2：(1)找出rs中的最大值，记为rmax，将ri进行归一化，如下式：式(19)中rs即为经验失效函数；(2)将ys分成两组，第一组范围为1≤s≤su，第二组范围为su+1≤s≤q，1≤su≤q-1；(3)分别计算两组数据ys的均值，第一组记为μ1(s)，第二组记为μ2(s)，则有如下表达式：式(20)与式(21)中e与f表示元素下标；(4)分别计算每组数据与均值的差的绝对值，第一组记为d1(s)，第二组记为d2(s)，则有如下表达式：d1(s)＝|ys-μ1(s)|s＝1，2，……，q(22)d2(s)＝|ys-μ2(s)|s＝1，2，……，q(23)(5)分别计算每组数据的模式类别函数，第一组数据记为V1(s)，第二组数据记为V1(s)，则有如下表达式：V1(s)＝1-d1(s)s＝1，2，……，q(24)V2(s)＝1-d2(s)s＝1，2，……，q(25)式(20)与式(21)，式(22)与式(23)，式(24)与式(25)均应看作是联立的方程组；3)求解时间拐点(1)绘制V1、V2的折线图，V1、V2的第一个交点即受试机器人的时间拐点，记时间拐点为tg；存在如下条件：(2)利用线性插值计算tg，存在如下关系.得到：式(25)中，存在如下关系：通过以上方法即求得受试机器人的时间拐点tg。技术方案中所述的计算经验失效函数是指：(1)将K台受试机器人或与受试机器人结构类似、功能相同、工况相近的机器人的故障发生累积运行时间按从小到大的顺序排序，记作t1、t2、……、tm，找出其中的最小值和最大值，分别记作tmin和tmax，选取略小于或等于tmin的数a，略大于或等于tmax的数b；(2)依据经验公式(11)确定组数q；q＝[1+3.32lgm](12)式(11)中，[]表示取整。(3)把区间(a,b)分成q个子区间，第s个子区间为(ts-1，ts]，ts处右连续，假设各子区间的长度相等，其组距为：(4)计算各子区间包含的故障发生累积运行时间次数，分别记作C1，C2，……，Cq；(5)取各子区间的中值代表该子区间，如下式：(6)计算间隔时间：Δtq＝tq-tq-1(17)(7)经验失效函数表达式如下：技术方案中所述的对受试机器人的试验时间进行优化是指：1)假设机器人销售价格为H1，相应的机器人的制造成本为H2，销售成本为H3；机器人企业在自身企业进行早期故障排除试验单位时间试验成本为I1，主要包括机器人企业进行早期故障排除需要承担水费、电费、材料耗损费、相关仪器费用和工人工资等；发生一次故障维修费用为Ew；机器人在用户企业发生一次早期故障，机器人企业在用户企业的一次维修时间为Tw1，相应的维修费用为Ew1；用户企业使用机器人在单位时间内产生的毛利润为J1，单位时间内机器人运转的成本为J2。2)假设机器人企业在自身企业进行早期故障排除试验时间为topt，即优化后的时间。因为机器人每次发生的故障不尽相同，所以一次维修费用和维修时间都不尽相同，但是它们都满足一定范围，假设机器人企业在自身企业一次维修费用Ew∈[EwL，EwU]，由于机器人企业派人去用户企业进行维修故障的费用和时间最高，因此假定机器人企业在用户企业一次维修费用Ew1与Ew成比例，设Ew1＝AEw(A＞1)，假设机器人企业在用户企业一次维修时间Tw1∈[Tw1L，Tw1U]。3)机器人企业早期本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法，其特征在于，所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法的步骤如下：1)建立受试机器人的可靠性模型；2)计算受试机器人从早期故障期到偶然故障期的时间拐点；3)对受试机器人的试验时间进行优化；4)受试机器人整机早期故障排除试验。

【技术特征摘要】
1.一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法，其特征在于，所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法的步骤如下：1)建立受试机器人的可靠性模型；2)计算受试机器人从早期故障期到偶然故障期的时间拐点；3)对受试机器人的试验时间进行优化；4)受试机器人整机早期故障排除试验。2.按照权利要求1所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法，其特征在于，所述的建立受试机器人的可靠性模型是指：1)建立受试机器人的强度函数：(1)受试机器人故障强度函数由早期故障期和偶然故障期两部分组成，并且每一阶段都是一个威布尔过程，则该受试机器人故障强度函数为：(2)累积故障强度函数为：式中：α1、α2、β1、β2＞0，α1、α2是尺度参数，β1、β2是形状参数，t是故障发生累积运行时间，由于该模型是两重威布尔过程构成，其强度函数具有非单调的浴盆曲线趋势，因此该模型的两个形状参数具有如下关系：(β1-1)(β2-1)＜0(3)(3)强度函数为威布尔过程，当0＜β＜1，表示不断改良的好系统；当β＞1，表示不断恶化的坏系统，因此假设β1＜1，β2＞1。2)采用极大似然法对受试机器人强度函数中的未知参数进行估计：得受试机器人的故障强度函数即所建立的可靠性模型：式中：是对α1、α2的估计值，是对β1、β2的估计值。3.按照权利要求2所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法，其特征在于，所述的采用极大似然法对受试机器人强度函数中的未知参数进行估计是指：(1)受试机器人的故障发生累积运行时间数据来自K台受试机器人或与受试机器人结构类似、功能相同、工况相近的机器人故障数据，第i台的故障观测时间为[0，Ti]，Ti为现场试验的截尾时间，t0≡0，采用极大似然估计法估计相应参数，得相应的似然函数为：式中：ni表示第i台机器人在故障观测时间中发生的故障总数，tij表示第i台机器人发生第j个故障时的故障发生累积运行时间，α1、α2是尺度参数，β1、β2是形状参数；(2)对式(4)求其对数函数，得表达式：(3)由累积故障函数可得：(4)由式(6)可得：(5)由式(7)将式(5)转换为三参数的函数，即：(6)似然函数参数估计转化为以下求最大化问题：maxl′K(9)(7)利用MATLAB工具箱，选择初始值，迭代求解，根据经验在没有合适的初始值情况下，可以假设：(8)由此求得受试机器人的故障强度函数。4.按照权利要求1所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法，其特征在于，所述的计算受试机器人从早期故障期到偶然故障期的时间拐点是指：采用聚类分析的方法来求解受试机器人从早期故障期到偶然故障期的时间拐点：1)计算经验失效函数；2)计算模式类别函数V1、V2：(1)找出rs中的最大值，记为rmax，将ri进行归一化，如下式：式中：rs为经验失效函数；(2)将ys分成两组，第一组范围为1≤s≤su，第二组范围为su+1≤s≤q，1≤su≤q-1；(3)分别计算两组数据ys的均值，第一组记为μ1(s)，第二组记为μ2(s)，则有如下表达式：式中：e、f表示元素下标(4)分别计算每组数据与均值的差的绝对值，第一组记为d1(s)，第二组记为d2(s)，则有如下表达式：d1(s)＝|ys-μ1(s)|s＝1，2，......，q(22)d2(s)＝|ys-μ2(s)|s＝1，2，......，q(23)(5)分别计算每组数据的模式类别函数，第一组数据记为V1(s)，第二组数据记为V1(s)，则有如下表达式：V1(s)＝1-d1(s)s＝1，2，......，q(24)V2(s)＝1-d2(s)s＝1，2，......，q25式(20)与式(21)，式(22)与式(23)，式(24)与式(25)均应看作是联立的方程组；3)求解时间拐点(1)绘制V1、V2的折线图，V1、V2的第一个交点即受试机器人的时间拐点，记时间拐点为tg；存在如下条件：(2)利用线性插值计算tg，存在如下关系：得到：式(25)中，存在如下关系：通过以上方法即求得受试机器人的时间拐点tg。5.按照权利要求4所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法，其特征在于，所述的计算经验失效函数是指：(1)将K台受试机器人或与受试机器人结构类似、功能相同、工况相近的机器人的故障发生累积运行时间按从小到大的顺序排序，记作t1、t2、……、tm，找出其中的最小值和最大值，分别记作tmin和tmax，选取略小于或等于tmin的数a，略大于或等于tmax的数b；(2)依据经验公式(11)确定组数q；q＝[1+3.32lgm](12)式(11)中，[]表示取整。(3)把区间(a,b)分成q个子区间，第s个子区间为(ts-1，ts]，ts处右连续，假设各子区间的长度相等，其组距为：(4)计算各子区间包含的故障发生累积运行时间次数，分别记作C1，C2，……，Cq；(5)取各子区间的中值代表该子区间，如下式：(6)计算间隔时间：Δtq＝tq-tq-1(17)(7)经验失效函数表达式如下：6.按照权利要求1所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法，其特征在于，所述的对受试机器人的试验时间进行优化是指：1)假设机器人销售价格为H1，相应的机器人的制造成本为H2，销售成本为H3；机器人企业在自身企业进行早期故障排除试验单位时间试验成本为I1，主要包括机器人企业进行早期故障排除需要承担水费、电费、材料耗损费、相关仪器费用和工人工资等；发生一次故障维修费用为Ew；机器人在用户企业发生一次早期故障，机器人企业在用户企业的一次维修时间为Tw1，相应的维修费用为Ew1；用户企业使用机器人在单位时间内产生的毛利润为J1，单位时间内机器人运转的成本为J2。2)假设机器人企业在自身企业进行早期故障排除试验时间为topt，即优化后的时间。因为机器人每次发生的故障不尽相同，所以一次维修费用和维修时间都不尽相同，但是它们都满足一定范围，假设机器人企业在自身企业一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国发，周诗金，杨兆军，许彬彬，何佳龙，张建成，胡炜，霍永超，王升旭，宋鑫，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22