基于多指标的工业机器人耐久性加速试验与评定系统及方法与流程

1.本技术涉及一种基于多指标的工业机器人耐久性加速试验与评定系统及方法，属于工业机器人可靠性技术领域。


背景技术：

2.工业机器人的耐久性是衡量工业机器人自身可靠性的一项重要指标。通过机器人实际工作情况进行还原性耐久性试验，这种方法结果准确、适应性强。协作机器人、焊接机器人、喷涂机器人、码垛机器人、搬运机器人、装配机器人、激光加工机器人、打磨抛光机器人等各类工业机器人均可进行耐久性试验，适合于产品大批量生产前的试验。现在常见的还原性耐久性试验需要大量时间去做试验，短则1、2年，长则数年。此外，当前的工业机器人耐久性试验以机器人是否发生故障为评判依据，缺少其他较为合理的考核指标项目。


技术实现要素：

3.本技术要解决的技术问题是工业机器人耐久性试验的评判依据缺少合理的考核指标，导致无法得到合理的综合性评价。
4.为了解决上述技术问题，本技术的技术方案是提供了基于多指标的工业机器人耐久性加速试验与评定系统，用于对待检测的工业机器人进行耐久性加速试验与耐久性快速评定，包括待检测的工业机器人、驱动所述工业机器人的机器人电气控制柜，所述工业机器人设于减震平台上，所述工业机器人的末端设有额定负载，所述工业机器人的关节处设有力传感器；所述工业机器人的前方设有用于采集声音谱的声谱仪、测试工业机器人动作精度的激光跟踪仪、测试工业机器人各关节轴背隙、轴刚度与总刚度的激光测距仪。
5.优选的，系统还包括对采集自工业机器人所有轴的减速器的油脂所含的金属进行定性分析和定量分析元素分析仪、进行铁谱分析的铁谱分析仪和进行铁磁性磨粒浓度分析的铁磁性磨粒浓度分析仪。
6.本技术还提供了工业机器人的耐久性加速试验与耐久性快速评定方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.步骤一：工业机器人执行运动加速，在加速工况下进行机械加速试验；
8.步骤二：每隔一段试验时间，工业机器人停机，然后运行典型工况程序，使用声谱仪采集工业机器人的声音谱，使用激光跟踪仪测试工业机器人的各项动作精度，使用激光测距仪测试工业机器人各关节的轴背隙、轴刚度与总刚度；采集工业机器人所有轴的减速器的油脂，使用元素分析仪，按照nb/sh/t0865标准对减速器油脂进行元素分析，从而对油脂所含的金属进行定性分析和定量分析；使用铁磁性磨粒浓度分析仪，按照astm d8184—18对减速器油脂进行铁磁性磨粒浓度分析，检测油脂所含的铁磁性磨粒浓度，从而判断减速器磨损状况，进而采取有效的预防及解决措施；使用铁谱分析仪，按照sh/t 0573—1993对减速器油脂进行铁谱分析，观察磨损颗粒的材料、尺寸、特征和数量，从而分析减速器的磨损状态；使用力传感器，测试工业机器人所有关节的摩擦力曲线谱，从而分析各个关节的
摩擦状态；
9.步骤三：工业机器人继续开展耐久性加速试验，直到试验结束；
10.步骤四：试验结束后，按照步骤四进行各项检测；接着对工业机器人进行整机全面检查，包括外观检查、功能检查、性能检测；然后对工业机器人进行拆解，对各部件和零件进行全面检查，也包括外观检查、功能检查、性能检测；
11.步骤五：根据事先约定的故障类别与判据，分析工业机器人各项功能是否符合要求；分析声音谱是否有异常，幅值是否有超标；分析工业机器人各项性能是否符合要求；分析工业机器人各关节的轴背隙是否有异常或超标，轴刚度是否有异常或超标；分析工业机器人整机总刚度是否有异常或超标；分析减速器油脂所含的金属种类是否有异常，含量是否超标；分析减速器油脂的铁磁性磨粒浓度，进而分析减速器磨损状况，判断减速器是否有异常；分析减速器油脂的铁谱，观察磨损颗粒的材料(颜色不同)、尺寸、特征和数量，进而分析减速器的磨损状态，判断减速器是否有异常；分析工业机器人整机是否有异常，包括外观、功能和性能；分析各部件和零件是否有异常，也包括外观、功能和性能；分析各个关节的摩擦力及其摩擦状态；最后，综合评价机器人的耐久性是否达到预期值。
12.具体的，所述步骤一中，工业机器人进行机械加速试验的机械加速因子af1为：
[0013][0014]
af1，机械加速因子；
[0015]
nm1，标准工况下的平均转速；
[0016]
tm1，标准工况下的平均扭矩；
[0017]
nm2，加速工况下的平均转速；
[0018]
tm2，加速工况下的平均扭矩；
[0019]
工业机器人在标准工况下所需测试时间为t，则在加速工况下实际测试时间只需t＝t/af1。通过工业机器人执行运动加速，在加速工况下进行机械加速试验，使得加速试验时间t加速相对于所需测试时间t总大大缩小，实现对工业机器人进行耐久性加速试验与耐久性快速评定。
附图说明
[0020]
图1为实施例中提供的工业机器人的耐久性加速试验与耐久性快速评定系统架构图。
具体实施方式
[0021]
为使本技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0022]
本实施例提供的是工业机器人的耐久性加速试验与耐久性快速评定系统，用于对待检测的工业机器人1进行耐久性加速试验与耐久性快速评定，对工业机器人1本体进行测试，系统架构图如图1所示，包括机器人电气控制柜2、减震平台3、声谱仪7、激光跟踪仪6、激光测距仪8、元素分析仪9、铁谱分析仪10、铁磁性磨粒浓度分析仪11、力传感器12；所述声谱仪7、激光跟踪仪6设于机器人1前方；所述力传感器12设于机器人关节处；所述激光测距仪8设于机器人前方。待测试的工业机器人1安装在减震平台3上，工业机器人1通过电缆线4与
机器人电气控制柜2相连，在工业机器人1的末端安装有额定负载5。
[0023]
本系统用于进行工业机器人的耐久性加速试验与耐久性快速评定，需要同时对工业机器人进行耐久性加速试验，其核心技术在于，工业机器人1本体执行运动加速，进行机械加速试验，从而缩短试验实际时间，并且每隔一段试验时间，会让工业机器人1停机，然后运行典型工况程序，使用声谱仪7采集工业机器人1的声音谱，使用激光跟踪仪6测试工业机器人1的各项动作精度，使用激光测距仪8测试工业机器人1各关节的轴背隙、轴刚度与总刚度。而且采集工业机器人1所有轴的减速器的油脂，使用元素分析仪9，按照nb/sh/t0865标准对减速器油脂进行元素分析，从而对油脂所含的金属进行定性分析和定量分析。使用铁磁性磨粒浓度分析仪11，按照astm d8184—18对减速器油脂进行铁磁性磨粒浓度分析，检测油脂所含的铁磁性磨粒浓度。从而判断减速器磨损状况，进而采取有效的预防及解决措施。使用铁谱分析仪10，按照sh/t 0573—1993对减速器油脂进行铁谱分析，观察磨损颗粒的材料(颜色不同)、尺寸、特征和数量，从而分析减速器的磨损状态。使用力传感器12，测试工业机器人1所有关节的摩擦力曲线谱。对工业机器人的耐久性给出综合评价。
[0024]
具体的，进行工业机器人的耐久性加速试验与耐久性快速评定的步骤如下：
[0025]
步骤一：工业机器人执行运动加速，在加速工况下进行机械加速试验；
[0026]
步骤二：每隔一段试验时间，工业机器人1停机，然后运行典型工况程序，使用声谱仪7采集工业机器人1的声音谱，使用激光跟踪仪6测试工业机器人1的各项动作精度，使用激光测距仪8测试工业机器人1各关节的轴背隙、轴刚度与总刚度。采集工业机器人1所有轴的减速器的油脂，使用元素分析仪9，按照nb/sh/t0865标准对减速器油脂进行元素分析，从而对油脂所含的金属进行定性分析和定量分析。使用铁磁性磨粒浓度分析仪11，按照astm d8184—18对减速器油脂进行铁磁性磨粒浓度分析，检测油脂所含的铁磁性磨粒浓度。从而判断减速器磨损状况，进而采取有效的预防及解决措施。使用铁谱分析仪10，按照sh/t0573—1993对减速器油脂进行铁谱分析，观察磨损颗粒的材料(颜色不同)、尺寸、特征和数量，从而分析减速器的磨损状态。使用力传感器12，测试工业机器人1所有关节的摩擦力曲线谱，从而分析各个关节的摩擦状态。
[0027]
步骤三：工业机器人继续开展耐久性加速试验，直到试验结束；
[0028]
步骤四：试验结束后，按照步骤四进行各项检测；接着对工业机器人1进行整机全面检查，包括外观检查、功能检查、性能检测。然后对工业机器人1进行拆解，对各部件和零件进行全面检查，也包括外观检查、功能检查、性能检测。
[0029]
步骤五：根据事先约定的故障类别与判据，分析工业机器人各项功能是否符合要求；分析声音谱是否有异常，幅值是否有超标；分析工业机器人1各项性能是否符合要求；分析工业机器人1各关节的轴背隙是否有异常或超标，轴刚度是否有异常或超标；分析工业机器人1整机总刚度是否有异常或超标。分析减速器油脂所含的金属种类是否有异常，含量是否超标。分析减速器油脂的铁磁性磨粒浓度，进而分析减速器磨损状况，判断减速器是否有异常。分析减速器油脂的铁谱，观察磨损颗粒的材料(颜色不同)、尺寸、特征和数量，进而分析减速器的磨损状态，判断减速器是否有异常。分析工业机器人1整机是否有异常，包括外观、功能和性能。分析各部件和零件是否有异常，也包括外观、功能和性能。分析各个关节的摩擦力及其摩擦状态。最后，综合评价机器人的耐久性是否达到预期值。
[0030]
其中，步骤一中工业机器人进行运动速率s的机械加速试验，对于机械结构，工业
机器人1最容易失效、寿命最低的部件为减速器，因此以减速器的失效模式和失效机理为基础，寿命计算公式与过程计算如下
[0031][0032]
ln：实测到寿时间
[0033]
n0：额定输出转速(r/min)
[0034]
nm：平均输出转速(r/min)
[0035]
t0：额定转矩(nm)
[0036]
tm：平均输出转矩(nm)
[0037]
k：寿命时间
[0038]
因此，工业机器人1在加速工况相对于标准工况的机械加速因子计算公式如下：
[0039][0040]
af1，机械加速因子
[0041]nm1
，标准工况下的平均转速
[0042]
t
m1
，标准工况下的平均扭矩
[0043]nm2
，加速工况下的平均转速
[0044]
t
m2
，加速工况下的平均扭矩
[0045]
工业机器人1在标准工况下所需测试时间若为t，则在加速工况下实际测试时间只需t＝t/af1。