基于故障树方法的并联机器人失效分析-科技导报.pdf

科技导报2016，34（23） 基于故障树方法的并联机器人失效分析基于故障树方法的并联机器人失效分析 牛越峰，温庆荣 华北光电技术研究所，北京 100015 摘要摘要 用故障树方法，分析了并联机器人失效问题，给出了典型并联机器人的失效级别、失效形式、失效原因和失效后果。采用 故障树分析法建立并联机器人故障树，基于概率层面，给出了可能失效的相关定性、定量分析，得出了并联机器人失效的薄弱环 节和一般规律，可确保并联机器人在应用中具有高可靠性。 关键词关键词 并联机器人；失效分析；故障树分析 并联机器人是一类全新的机器人，具有刚度大、承载能 力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易 等一系列优点，在21世纪将有广阔的发展和应用前景。并联 机器人通常应用于对可靠性要求很高的场所，如外科手术、 [1] 宇宙空间、远程控制或高速运动机构中 。一个可靠性差的 并联机器人不仅不能正常地完成工作，甚至可能会对使用 者、工作环境和工作对象造成伤害。例如在远程手术中，使 用可靠性差的并联机器人是非常危险的，轻者会导致手术失 败，重者可能会对患者造成严重伤害，因此，并联机器人必须 保持良好的可靠性，将可靠性研究应用到并联机器人领域具 [2] 有重要意义 。 图1 五支链的并联机器人 1 并联机器人组成及失效形式分析 Fig. 1 Parallelrobotwith5 branches [3-5] 并联机器人由静平台、动平台和多条并行支链组成 。 支链分为主动支链、被动有传感支链和被动无传感支 并联机器人失效形式分为机械本体失效、电气系统失效 链。主动支链具有至少一个主动关节提供所需要的动力，沿 以及包括软件和硬件在内的控制系统失效。每一种失效形 着适当的轨迹推动支链运动；被动有传感支链至少具有一个 式都会影响其他系统或作为其失效的一部分。由于并联机 有传感的关节，其主要作用是抑制支链沿着轨迹运动。被动 器人个体在机构设计方面差异巨大，因此对于给定的并联机 无传感支链上的每一个关节都是无传感的关节，支链主要用 器人的失效分析，应该考虑构成并联机器人所有系统的失效 来约束动平台的运动。 事件、对系统的影响以及对总体性能的影响。从构成并联机 支链由一条或多条连杆和多个运动副组成。构成并联 器人机械本体的元素来分析，导致并联机器人失效的因素主 机器人各条支链的运动副由连杆对它们实现有效的连接。 [6] 要有 。 连杆一般由刚性好的材料制成。 1）连杆的失效。其失效形式是连杆断裂。连杆失效导 运动副是连接动平台与连杆、连杆与连杆、连杆与静平 致直接后果就是运动副之间的联系失效，运动不能有效传 台的重要部件，运动副按照是否装有传感器和驱动器可以分 递，从而导致机构整体失效。 为3种：1）主动运动副，即安装有驱动器和传感器的运动副； 2）运动副的失效。运动副失效最常见的形式是关节断 2）被动有传感运动副，即没有安装驱动器，安装有传感器的 裂和关节挤坏。关节断裂使相应的并联机器人支链分成2部 运动副；3）被动无传感运动副，既没有安装驱动器，也没有安 分，因而并联机器人将失去1条支链；关节挤坏是由于关节变 装传感器的运动副。图1为五支链的并联机器人。 形、润滑油失效等原因造成的，由于关节挤坏将