CN106647286B - 一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明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V₁、V₂；3)求解时间拐点；3.在求得时间拐点的基础上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：1)试验之前的准备条件；2)功能性试验；3)空运转试验；4)整机负荷性试验；5)整机精度及性能检验试验。

Description

一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法

技术领域

本发明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，本发明涉及一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法。

背景技术

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

发明内容

本发明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，本发明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:

a)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；

b)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；

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：

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：

a)计算经验失效函数；

b)计算模式类别函数V₁、V₂：

(1)找出r_s中的最大值，记为r_max，将r_s进行归一化，如下式：

式中：r_s为经验失效函数；

(2)将y_s分成两组，第一组范围为1≤s≤s_u，第二组范围为s_u+1≤s≤q，1≤s_u≤q-1；

(3)分别计算两组数据y_s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)＝|y_s-μ₁(s)| s＝1，2，......，q (22)

d₂(s)＝|y_s-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V₂(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；

c)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t_g；

存在如下条件：

(2)利用线性插值计算t_g，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t_g；

3)对受试机器人的试验时间进行优化：

(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；发生一次故障维修费用为E_w；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T_w1，相应的维修费用为E_w1；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t_opt，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E_w∈[E_wL，E_wU]，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E_w1与E_w成比例，设^E _w1＝AE_w，A＞1，假设机器人企业在用户企业一次维修时间T_w1∈[T_w1L，T_w1U]；

(3)机器人企业早期故障期的成本：

(4)机器人企业早期故障期利润：

L₁＝H₁-N₁ (30)

(5)用户企业在早期故障期的成本和损失之和：

(6)用户企业的利润：

(7)机器人企业和用户企业在早期故障期单位成本效益：

(8)建立如下优化模型：

当E_w＝E_wL，T_w1＝T_w1L时，z具有最大值，记为z_U；

当E_w＝E_wU，T_w1＝T_w1U时，Z具有最小值，记为Z_L；

(9)利用区间数学理论，令m(Z)为目标函数区间的中间值，ρ(Z)为目标区间的半径，Z_U和Z_L分别为目标函数Z的最大值和最小值，则存在如下关系：

(10)通过线性加权组合法，将两目标不确定优化问题转化为单目标优化问题，如下所示：

式(37)中，θ为权重系数，其取值范围为θ∈[0，1]，θ的选取依靠对实际问题充分的了解；δ和γ为使

为非负的常数，

和Ψ为标准化因子，其表达式如下：

Ψ＝min(ρ(Z)+γ) (39)

(11)采用现代智能算法，利用MATLAB提供的工具箱对(37)式进行求解，从而求得试验优化时间t_opt；

4)受试机器人整机早期故障排除试验。

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，T_i]，T_i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：n_i表示第i台机器人在故障观测时间中发生的故障总数，t_ij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：

式(6)中

为累计故障强度函数W(Ｔ_i)的估计值；

(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：

(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，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、......、t_m，找出其中的最小值和最大值，分别记作t_min和t_max，选取略小于或等于t_min的数a，略大于或等于t_max的数b；

(2)依据经验公式(12)确定组数q；

q＝[1+3.32lgm] (12)

式(12)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(t_s-1，t_s]，t_s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，......，C_q；

(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：

(7)经验失效函数表达式如下：

技术方案中所述的受试机器人整机早期故障排除试验是指：

1)试验之前的准备条件：

(1)机器人应安装完毕并可全面操作；

(2)机器人性能试验和电磁兼容试验均已完成；

(3)机器人在进行早期故障排除试验之前应预热运行；

(4)测量设备应能对机器人被测特性充分描述；

(5)机器人和测量仪器在试验前应置于试验环境足够长时间，为一昼夜，以使机器人和测量仪器在试验前处于热稳定状态；

(6)试验环境应有安全措施，保证试验人员人身安全；

2)功能性试验：

(1)手动功能性试验；

(2)自动功能性试验；

3)空运转试验：

空运转试验指整机空运转试验，包括以下两个步骤：

(1)选择机器人几种典型运动轨迹，参考矩形轨迹、圆形轨迹、空间样条曲线轨迹及该机器人在用户现场的工况轨迹，每种运动轨迹中试验速度依次为额定速度的10％、50％和100％，编制相应的程序；

(2)机器人在空运转试验步骤(1)中所选试验轨迹和速度下做连续空运转，各项功能循环时，每个循环之间的停止时间不得超过60s，每种轨迹连续运行至少10次；

4)整机负荷性试验；

5)整机精度及性能检验试验。

技术方案中所述的整机负荷性试验是指：

整机负荷性试验包括工况负载试验和指定负载试验；

1)工况负载试验：

(1)选择机器人在用户企业工作现场夹持的工件，设定机器人的运动轨迹为用户企业工作现场的运动轨迹，试验速度依次为额定速度的10％、50％、100％；

(2)机器人在工况负载试验步骤(1)中所选试验轨迹和速度下循环运动，每次循环之间的停止时间不得超过30s，每种速度下轨迹循环运行30次；

2)指定负载试验：

(1)依次选取20％、40％、......、100％额定负载，选择典型运动轨迹，为矩形轨迹、圆形轨迹或工况轨迹，分别以10％、50％、100％额定速度运动；

(2)机器人在指定负载试验步骤(1)中所选运动轨迹和速度下循环运动，每次循环之间的停止时间不得超过30s，循环运行试验次数根据每种负载，每种速度进行计算。

技术方案中所述的循环运行试验次数根据每种负载，每种速度进行计算是指：

a.假设机器人搬运物体的重量分布服从正态分布，正态分布模型如下：

其中：μ表示均值，σ表示标准差，计算未知参数μ和σ的步骤如下：

a)机器人企业调查用户企业一年内使用受试机器人或与受试机器人结构类似、功能相同、工况相近的机器人搬运的物品的类型，以及每种物品对应的重量和搬运的次数并记录；

b)计算正态分布的均值μ，正态分布的均值等于随机变量X的数学期望：

式中：G₁、G₂、......、G_o表示物品的重量，N₁、N₂、......、N_o表示重量为G₁、G₂、......、G_o的物品分别搬运的次数；

c)计算正态分布的方差σ²，正态分布的方差等于随机变量X的均方差：

其中p_h为随机变量X对应的概率，

式中：h表示元素下标；

b.计算0～20％、20％～40％、40％～60％、60％～80％、80％～100％额定负载中每段负载的概率值并记录；

c.20％、40％、......、100％额定负载中每种试验循环次数：

20％额定负载试验次数：R₁＝20

40％额定负载试验次数：

60％额定负载试验次数：

80％额定负载试验次数：

100％额定负载试验次数：

p₁是0～20％额定负载的概率值、p₂是20％～40％额定负载的概率值、p₃是40％～60％额定负载的概率值、p₄是60％～80％额定负载的概率值、p₅是80％～100％额定负载的概率值。

技术方案中所述的整机精度及性能检验试验是指：

1)位姿准确度和位姿重复性试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，其运动轨迹为工况运动轨迹，在工作轨迹上选取5个点，P₁、P₂、P₃、P₄、P₅，这5个点应平分整条轨迹；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，运动轨迹为P₁-P₂-P₃-P₄-P₅循环运动，如此重复进行30次；

(3)计算每个位姿的位姿准确度和姿态准确度并记录；

2)距离准确度和距离重复性试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，选取工况运动轨迹首末两个端点A₁、A₂间的轨迹；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在距离准确度和距离重复性试验步骤(1)选取的轨迹下循环运动，循环次数为30次；

(3)计算指令距离和实到距离平均值之间位姿偏差并记录；

3)位置稳定时间试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，在其运动轨迹上任选一个点，试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在该运动轨迹下循环运动，循环次数为3次；

(2)计算所用稳定时间并记录；

4)轨迹准确度和轨迹重复性试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，选择工况运动轨迹为试验轨迹；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在轨迹准确度和轨迹重复性试验步骤(1)中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为10次；

(3)计算指令轨迹的位置和各实到轨迹位置集群的中心线之间的偏差以及指令姿态与实到姿态平均值之间的偏差值并记录；

5)拐角偏差试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，选择矩形轨迹E₁_E₂_E₃_E₄为试验轨迹；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在拐角偏差试验步骤(1)中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为3次；

(3)计算圆角误差和拐角超调量并记录；

6)轨迹速度特性试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，试验轨迹为该机器人工况运动轨迹；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在轨迹速度特性试验步骤(1)中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为10次；

(3)计算轨迹速度准确度AV，轨迹速度重复性RV，轨迹速度波动FV，并记录；

7)最小定位时间试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，试验轨迹是将该机器人工况运动轨迹的首末两端点连接而成的直线轨迹，在该直线轨迹中选择8个点P_ii，ii＝1，2，...，8，随着ii增大，相邻两点之间的距离也增大；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在最小定位时间试验步骤(1)中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为3次；

(3)计算定位时间并记录相应值；

8)静态柔顺性试验：

(1)试验中力应加在平行于机座坐标轴的三个方向上，既有正又有负；

(2)力应以10％额定负载逐步增加到100％额定负载，每次一个方向，在伺服系统通电，制动器脱开的情况下测量每个力和方向相应的位移，每个方向重复测量3次；

(3)记录每次的位移测量值；

9)摆动偏差试验：

摆动偏差分为摆幅误差和摆频误差；以百分比表示的摆幅误差应由测得的实到摆幅平均值与指令摆幅之间的偏差计算而得，以百分比表示的摆频误差应由测得的实际摆频与指令摆频之间的偏差来计算：

(1)设计锯齿状摆动轨迹，由制造商提供的摆频和摆幅进行试验，循环试验20次：

(2)计算摆幅误差和摆频误差并记录。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法以机器人故障发生累积运行时间作为可靠性建模的样本点，以随机过程建立故障累积强度函数，以此建立的模型更准确；

2.本发明所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法采用聚类分析的方法求解时间拐点比通过故障函数求解计算量小，可行性更高；

3.本发明所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法以机器人企业和用户企业在早期故障期单位成本效益最大为优化目标，建立机器人企业早期故障排除试验时间的优化模型，能有效缩短试验时间，节省试验成本，经济效益明显；

4.本发明所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法设计了机器人整机的早期故障排除试验具体实施方案，有效的激发了机器人潜在缺陷，降低了出厂后使用过程中的故障率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法的流程框图：

图2是本发明所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法中的受试机器人的一种矩形轨迹、圆形轨迹、空间样条曲线轨迹图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的一种搬运类工业机器人早期故障排除试验方法中包括建立受试机器人的可靠性模型、计算受试机器人从早期故障期到偶然故障期的时间拐点、在求得时间拐点的基础上对受试机器人的试验时间进行优化和受试机器人整机早期故障排除试验四项内容。其中受试机器人的试验时间进行优化以单位收益最大为优化目标。受试机器人是指即将进行早期故障排除试验的机器人。

本发明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

在受试机器人有相对充分的故障发生累积运行时间数据的情况下可直接对受试机器人进行可靠性建模，如果受试机器人没有充分的故障发生累积运行时间数据，则可采用与受试机器人结构类似、功能相同、工况相近即最理想情况是受试机器人的前代产品的故障发生累积运行时间数据。受试机器人的故障发生累积运行时间来自于早期故障期和偶然故障期。

受试机器人故障分为关联故障和非关联故障。关联故障是由于产品本身质量缺陷引起的，在解释试验或者计算可靠性量值必须记入的故障；非关联故障是由于误用或者维修不当以及外界因素所引起的，在解释试验或者计算可靠性量值时应予以排除的故障。因此，受试机器人可靠性建模时，只选取关联故障，并将故障发生累积运行时间作为可靠性建模的样本点。

1)建立受试机器人的强度函数

(1)受试机器人的故障过程具有浴盆曲线趋势，假设其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

(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，T_i]，T_i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(4)中，n_i表示第i台机器人在故障观测时间中发生的故障总数，t_ij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。

(2)对式(4)求其对数函数，得如下表达式：

(3)由累积故障函数可得：

式(6)中，

是对α₁、α₂的估计值，

是对β₁、β₂的估计值，

是对W(T_i)估计值。

(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如式(11)，也即是建立的可靠性模型：

式中：

是对a₁、α₂的估计值，

是对β₁、β₂的估计值。

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

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。

聚类分析求解参考机器人时间拐点包括计算经验失效函数r_m，计算模式类别函数V₁、V₂，求解时间拐点三个步骤：

1)计算经验失效函数

(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、......、t_m，找出其中的最小值和最大值，分别记作t_min和t_max，选取略小于或等于t_min的数a，略大于或等于t_max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(t_s-1，t_s]，t_s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，......，C_q。

(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：

Δt_q＝t_q-t_q-1 (17)

(7)经验失效函数表达式如下：

2)计算模式类别函数V₁、V₂

(1)找出r_s中的最大值，记为r_max，将r_i进行归一化，如下式：

(2)将y_s分成两组，第一组范围为1≤s≤s_u，第二组范围为s_u+1≤s≤q，1≤s_u≤q-1。

(3)分别计算两组数据y_s的均值，第一组记为μ₁(s)，第二组记为μ₂(s)，则有如下表达式：

(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)＝|y_s-μ₁(s)| s＝1，2，......，q (22)

d₂(s)＝|y_s-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V₂(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(19)与式(20)，式(21)与式(22)，式(23)与式(24)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t_g；

存在如下条件：

(2)利用线性插值计算t_g，在在如下关系.

得到：

式(25)中，存在如下关系：

通过以上方法即可求得受试机器人的时间拐点t_g。

3.在求得时间拐点的基础上对受试机器人的试验时间进行优化

受试机器人从早期故障期到偶然故障期的时间拐点为t_g。机器人早期故障期一般较长，若以t_g作为早期故障排除试验截止时间，无论机器人企业还是用户企业都难以接受，但是机器人在出厂前若不进行早期故障排除，将在用户企业频繁发生故障，给用户企业带来极大的经济损失。因此，根据实际情况，以机器人企业和用户企业在早期故障期单位成本效益最大为优化目标，建立机器人企业早期故障排除试验时间的优化模型。

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E_w；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T_w1，相应的维修费用为E_w1；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t_opt，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E_w∈[E_wL，E_wU]，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E_w1与E_w成比例，设E_w1＝AE_w(A＞1)，假设机器人企业在用户企业一次维修时间T_w1∈[T_w1L，T_w1U]。

3)机器人企业早期故障期的成本：

4)机器人企业早期故障期利润：

L₁＝H₁-N₁ (30)

5)用户企业在早期故障期的成本和损失：

6)用户企业的利润：

7)机器人企业和用户企业在早期故障期单位成本效益：

8)建立如下优化模型：

当E_w＝E_wL，T_w1＝T_w1L时，Z具有最大值，记为Z_U；

当E_w＝E_wU，T_w1＝T_w1U时，Z具有最小值，记为Z_L；

9)利用区间数学理论，令m(Z)为目标函数区间的中间值，ρ(Z)为目标区间的半径，Z_U和Z_L分别为目标函数Z的最大值和最小值，则存在如下关系：

10)通过线性加权组合法，将两目标不确定优化问题转化为单目标优化问题，如下所示：

式(9)中，θ为权重系数，其取值范围为θ∈[0，1]，θ的选取依靠对实际问题充分的了解。δ和γ为使

为非负的常数，

和Ψ为标准化因子，其表达式如下：

Ψ＝min(ρ(Z)+γ) (39)

11)采用现代智能算法，利用MATLAB提供的工具箱对(37)式进行求解，从而求得试验优化时间t_opt。

4.受试机器人整机早期故障排除试验

整机早期故障排除试验包括四部分内容，功能性试验、空运转试验、负荷性试验和精度及性能检验试验。功能性试验主要验证机器人能否实现其预定功能，包括两部分试验内容，即手动功能性试验和自动功能性试验；空运转试验是指机器人在预定轨迹下不带任何负载连续运转；负荷性试验是指机器人在带负载的情况下完成其预定功能的试验；精度及性能检验试验在进行空运转试验或负荷性试验之后进行的试验，其主要检查机器人在运行一段时间后性能能否满足规定要求。

受试机器人在进行整机早期故障排除试验时应按照这一顺序进行：功能性试验、空运转试验、精度及性能检验试验、负荷性试验、精度及性能检验试验。

1)试验之前的准备条件

在进行整机早期故障排除试验之前应做好如下准备：

(1)机器人应安装完毕并可全面操作；

(2)机器人性能试验和电磁兼容试验均已完成；

(3)机器人在进行早期故障排除试验之前应预热运行；

(4)测量设备应能对机器人被测特性充分描述；

(5)机器人和测量仪器在试验前应置于试验环境足够长时间(最好一昼夜)，以使机器人和测量仪器在试验前处于热稳定状态；

(6)试验环境应有安全措施，保证试验人员人身安全。

2)功能性试验

功能性试验主要验证机器人能否实现其预定功能，包括手动功能性试验和自动功能性试验两部分。

(1)手动功能性试验

手动功能性试验包括点动/步进试验、连续移动试验、单轴移动试验、多轴协调试验。

按照以下步骤对机器人进行手动功能性试验

选择示教模式——轻按【安全开关】接通伺服电源——选择手动操作机器人——选择点动/步进机器人动作模式(或连续移动/单轴移动/多轴协调动作模式)——设定机器人手动速度(手动速度依次为10％、50％、100％额定速度)——选择合适的机器人坐标系——使用【轴操作键】选择运动轴——移动机器人到目标位置。

分别操作机器人在每种速度，即10％、50％、100％额定速度模式下，分别连续运动10次。

(2)自动功能性试验

选择再现模式，运行示教操作编制的程序，机器人自动由初位置运动到目标位置。

机器人分别在10％、50％、100％额定速度下连续运动10次。

3)空运转试验

空运转试验指整机空运转试验，包括以下两个步骤：

(1)选择机器人几种典型运动轨迹(如图2所示)，如矩形轨迹、圆形轨迹、空间样条曲线轨迹及该机器人在用户现场的工况轨迹，每种运动轨迹中试验速度依次为额定速度的10％、50％和100％，编制相应的程序；

(2)机器人在步骤(1)中所选试验轨迹和速度下做连续空运转，各项功能循环时，每个循环之间的停止时间不得超过60s。每种轨迹连续运行至少10次。

空运转试验具体条件如表1所示：

表1-空运转试验条件表

4)整机负荷性试验

整机负荷性试验包括两种试验方式：工况负载试验和指定负载试验。工况负载试验指机器人夹持在用户企业现场夹持的工件，沿着用户企业现场的运动轨迹，以指定的速度进行的试验；指定负载试验指机器人夹持20％、40％、......、100％额定负载的零部件，在指定的轨迹下以指定的速度运动进行的试验。

(1)工况负载试验

工况负载试验包括以下两个步骤：

A.选择机器人在用户企业工作现场夹持的工件，设定机器人的运动轨迹为用户企业工作现场的运动轨迹，试验速度依次为额定速度的10％、50％、100％；

B.机器人在步骤A中所选试验轨迹和速度下循环运动，每次循环之间的停止时间不得超过30s，每种速度下轨迹循环运行30次。

工况负载试验具体条件如表2所示：

表2-工况负载试验条件表

(2)指定负载试验

指定负载试验包括以下两个步骤：

A.依次选取20％、40％、......、100％额定负载，选择典型运动轨迹(如矩形轨迹、圆形轨迹或工况轨迹)，分别以10％、50％、100％额定速度运动；

B.机器人在步骤A中所选运动轨迹和速度下循环运动，每次循环之间的停止时间不得超过30s，每种负载，每种速度循环运行试验次数计算如下：

a.假设机器人搬运物体的重量分布服从正态分布，正态分布模型如下：

其中计算未知参数μ和σ的步骤如下：

a)机器人企业调查用户企业(一年内)使用受试机器人或与受试机器人结构类似、功能相同、工况相近的机器人搬运的物品的类型，以及每种物品对应的重量和搬运的次数，记录于表3：

表3-机器人搬运物品记录表

b)计算正态分布的均值μ，正态分布的均值等于随机变量X的数学期望：

c)计算正态分布的方差σ²，正态分布的方差等于随机变量X的均方差：

其中p_h为随机变量X对应的概率，

式(43)中h表示元素下标。

b.计算0～20％、20％～40％、40％～60％、60％～80％、80％～100％额定负载中每段负载的概率值：

G_e表示额定负载，每段负载的概率计算如表4所示：

表4-概率计算统计表

c.20％、40％、......、100％额定负载中每种试验循环次数：

20％额定负载试验次数：R₁＝20

40％额定负载试验次数：

60％额定负载试验次数：

80％额定负载试验次数：

100％额定负载试验次数：

指定负载试验具体条件如表5所示：

表5-指定负载试验条件表

5)整机精度及性能检验试验

完成机器人的功能性试验和空运转试验后，需要进行精度及性能检验，完成机器人的负荷性试验后，同样需要对机器人的精度及性能进行检验。精度及性能检验即对机器人的各项精度及性能指标重新测定，检验其是否超出规定值，主要包括位姿准确度和位姿重复性检验、距离准确度和距离重复性检验、位置稳定时间检验、轨迹准确度和轨迹重复性检验、拐角偏差检验、轨迹速度特性检验、最小定位时间检验、静态柔顺性检验以及摆动偏差检验。

(1)位姿准确度和位姿重复性试验

位姿准确度表示指令位姿(以示教编程、人工数据输入或离线编程所设定的位姿)和从同一方向接近该指令位姿时的实到位姿(机器人在自动方式下响应指令位姿而实际达到的位姿)平均值之间的偏差；位姿重复性表示对同一指令位姿从同一方向重复响应n次(循环次数取30次)后实到位姿的一致程度。

位姿准确度和位姿重复性试验方法包括如下三个步骤：

A.机器人夹持负载为工况负载或额定负载，其运动轨迹为工况运动轨迹，在工作轨迹上选取5个点(这5个点应平分整条轨迹)P₁、P₂、P₃、P₄、P₅；

B.试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，运动轨迹为P₁——P₂——P₃——P₄——P₅循环运动，如此重复进行30次；

C.计算每个位姿的位姿准确度和姿态准确度并记录。

位姿准确度试验具体条件具体如表6所示

表6-位姿准确度试验条件表

(2)距离准确度和距离重复性试验

距离准确度表示指令距离和实到距离平均值之间位姿和姿态的偏差，包括位置距离准确度和姿态距离准确度两个因素。距离重复性表示在同一方向指令距离重复运动30次后距离的一致程度，包括位置距离重复性和姿态距离重复性。

距离准确度和距离重复性检验包括以下三个步骤：

A.机器人夹持负载为工况负载或额定负载，选取工况运动轨迹首末两个端点A₁、A₂；

B.试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在步骤A中选取的轨迹下循环运动，循环次数为30次；

C.计算偏差并记录

距离准确度和距离重复性试验具体条件如表7所示：

表7-距离准确度和距离重复性试验具体条件表

(3)位置稳定时间试验

位置稳定时间是从机器人第一次进入门限带的瞬间到不再超出门限带的瞬间所经历的时间，用于衡量机器人停止在实到位姿快慢程度的性能。

位置稳定时间试验包括以下两个步骤：

A.机器人夹持负载为工况负载或额定负载，在其运动轨迹上任选一个点P₁，试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在该运动轨迹下循环运动，循环次数为3次；

B.计算所用稳定时间并记录；

位置稳定时间试验具体条件如表8所示：

表8-位置稳定时间试验条件表

(4)轨迹准确度和轨迹重复性试验

轨迹准确度表示机器人在同一方向上沿指令轨迹10次移动其机械接口的能力，其由两个因素决定：一是指令轨迹的位置和各实到轨迹位置集群的中心线之间的偏差，二是指令姿态与实到姿态平均值之间的偏差；轨迹重复性表示机器人对同一指令轨迹重复10次时实到轨迹的一致程度。

轨迹准确度和轨迹重复性试验包括以下三个步骤：

A.机器人夹持负载为工况负载或额定负载，选择工况运动轨迹为试验轨迹；

B.试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在步骤A中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为10次；

C.计算偏差值并记录

轨迹准确度和轨迹重复性试验具体条件如表9所示：

表9-轨迹准确度和轨迹重复性试验条件表

(5)拐角偏差试验方法

拐角偏差分为尖锐拐角和圆滑拐角，当机器人按程序设定的恒定轨迹速度无延时地从第一条轨迹到与之垂直的第二条轨迹时，便会出现尖锐拐角；

拐角偏差试验包括以下三个步骤：

A.机器人夹持负载为工况负载或额定负载，选择矩形轨迹E₁_E₂_E₃_E₄为试验轨迹；

B.试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在步骤A中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为3次；

C.计算圆角误差和拐角超调量并记录表格。

拐角偏差试验具体条件如表10所示：

表10-拐角偏差试验试验条件表

(6)轨迹速度特性试验

轨迹速度特性包括轨迹速度准确度、轨迹速度重复性、轨迹速度波动三部分内容。轨迹速度准确度是指指令速度与沿轨迹进行10次重复所获得的实到速度平均值之差，轨迹速度重复性是对于同一指令速度所得实到速度的一致程度，轨迹速度波动为每次再现时速度波动的最大值。

轨迹速度特性试验方法包括以下三个步骤：

A.机器人夹持负载为工况负载或额定负载，试验轨迹为该机器人工况运动轨迹；

B.试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在步骤A中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为10次；

C.计算轨迹速度准确度AV，轨迹速度重复性RV，轨迹速度波动FV，并记录表格。

轨迹速度特性试验具体条件如表11所示：

表11-轨迹速度特性试验条件表

(7)最小定位时间试验

定位时间是机器人在点位控制方式下从静态开始移动一预定距离和/或摆动一预定角度到达稳定状态所经历的时间。

最小定位时间试验包括以下三个步骤：

A.机器人夹持负载为工况负载或额定负载，试验轨迹是将该机器人工况运动轨迹的首末两端点连接而成的直线轨迹，在该直线轨迹中选择8个点P_ii(ii＝1，2，...，8)，随着ii增大，相邻两点之间的距离也增大；

B.试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在步骤A中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为3次；

C.计算并记录相应值。

最小定位时间试验具体条件如表12所示：

表12-最小定位时间条件表

(8)静态柔顺性试验

静态柔顺性是在单位负载作用下最大的位移，应在机械接口处加载并测量位移。

静态柔顺性试验包括以下三个步骤：

A.试验中力应加在平行于机座坐标轴的三个方向上，既有正又有负；

B.力应以10％额定负载逐步增加到100％额定负载，每次一个方向，在伺服系统通电，制动器脱开的情况下测量每个力和方向相应的位移，每个方向重复测量3次；

C.记录每次的测量值。

(9)摆动偏差试验

摆动偏差特性分为两个指标，即摆幅误差和摆频误差。以百分比表示的摆幅误差应由测得的实到摆幅平均值与指令摆幅之间的偏差计算而得，以百分比表示的摆频误差应由测得的实际摆频与指令摆频之间的偏差来计算。

摆频偏差试验包括以下两个步骤：

A.设计锯齿状摆动轨迹，由制造商提供的摆频和摆幅进行试验，循环试验20次，编制相应程序；

B.计算摆幅误差和摆频误差并记录。

整机早期故障排除试验中，首先进行功能性试验，试验时间为T_z1，其次进行空运转试验，试验时间为T_z2，再进行精度及性能检验试验，试验时间为T_z3，再进行负荷性试验，试验时间为T_z4，最后再进行一次精度及性能检验试验，试验时间为T_z5，可得到：

T_z5＝T_z3 (44)

T_z4＝t_opt-T_z1-T_z2-T_z3-T_z5 (45)

进行负荷性试验时，建立工况负载试验和指定负载试验一个循环为任务剖面，循环执行任务剖面，直到试验时间达到T_z4后，方进入下一阶段试验——精度及性能检验试验。

在进行精度及性能检验试验时，先进行位置稳定时间检验，再进行其他试验，其他试验的试验顺序不做要求，位姿准确度和位姿重复性检验、距离准确度和距离重复性检验可同时进行。

试验中发生任何一种故障，例如机器人卡死，漏油、电机过热、性能精度不满足规定要求等，都应停止试验，查明原因，维修好后再重新进行早期故障排除试验，对于每一次故障都应详细记录，记录内容包括故障时间、维修时间、故障现象、故障部位、故障原因、故障处理等。

Claims (7)

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：

a)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；

b)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；

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：

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：

a)计算经验失效函数；

b)计算模式类别函数V₁、V₂：

(1)找出r_s中的最大值，记为r_max，将r_s进行归一化，如下式：

式中：r_s为经验失效函数；

(2)将y_s分成两组，第一组范围为1≤s≤s_u，第二组范围为s_u+1≤s≤q，1≤s_u≤q-1；

(3)分别计算两组数据y_s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)＝|y_s-μ₁(s)| s＝1，2，.....，q (22)

d₂(s)＝|y_s-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V₂(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；

c)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t_g；

存在如下条件：

(2)利用线性插值计算t_g，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t_g；

3)对受试机器人的试验时间进行优化：

(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；发生一次故障维修费用为E_w；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T_w1，相应的维修费用为E_w1；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t_opt，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E_w∈[E_wL，E_wU]，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E_w1与E_w成比例，设E_w1＝AE_w，A＞1，假设机器人企业在用户企业一次维修时间T_w1∈[T_w1L，T_w1U]；

(3)机器人企业早期故障期的成本：

(4)机器人企业早期故障期利润：

L₁＝H₁-N₁ (30)

(5)用户企业在早期故障期的成本和损失之和：

(6)用户企业的利润：

(7)机器人企业和用户企业在早期故障期单位成本效益：

(8)建立如下优化模型：

当E_w＝E_wL，T_w1＝T_w1L时，Z具有最大值，记为Z_U；

当E_w＝E_wU，T_w1＝T_w1U时，Z具有最小值，记为Z_L；

(9)利用区间数学理论，令m(Z)为目标函数区间的中间值，ρ(Z)为目标区间的半径，Z_U和Z_L分别为目标函数Z的最大值和最小值，则存在如下关系：

(10)通过线性加权组合法，将两目标不确定优化问题转化为单目标优化问题，如下所示：

式(37)中，θ为权重系数，其取值范围为θ∈[0，1]，θ的选取依靠对实际问题充分的了解；δ和γ为使(m(Z)+δ)和

为非负的常数，

和Ψ为标准化因子，其表达式如下：

Ψ＝min(ρ(Z)+γ) (39)

(11)采用现代智能算法，利用MATLAB提供的工具箱对(37)式进行求解，从而求得试验优化时间t_opt；

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，T_i]，T_i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：n_i表示第i台机器人在故障观测时间中发生的故障总数，t_ij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)由累积故障强度 函数可得：

式(6)中

为累计故障强度函数W(T_i)的估计值；

(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，假设：

(8)由此求得受试机器人的故障强度函数。

3.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、......、t_m，找出其中的最小值和最大值，分别记作t_min和t_max，选取略小于或等于t_min的数a，略大于或等于t_max的数b；

(2)依据经验公式(12)确定组数q；

q＝[1+3.32lgm] (12)

式(12)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(t_s-1，t_s]，t_s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，......，C_q；

(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：

Δt_q＝t_q-t_q-1 (17)

(7)经验失效函数表达式如下：

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，所述的受试机器人整机早期故障排除试验是指：

1)试验之前的准备条件：

(1)机器人应安装完毕并可全面操作；

(2)机器人性能试验和电磁兼容试验均已完成；

(3)机器人在进行早期故障排除试验之前应预热运行；

(4)测量设备应能对机器人被测特性充分描述；

(5)机器人和测量仪器在试验前应置于试验环境足够长时间，为一昼夜，以使机器人和测量仪器在试验前处于热稳定状态；

(6)试验环境应有安全措施，保证试验人员人身安全；

2)功能性试验：

(1)手动功能性试验；

(2)自动功能性试验；

3)空运转试验：

空运转试验指整机空运转试验，包括以下两个步骤：

(1)选择机器人几种典型运动轨迹，参考矩形轨迹、圆形轨迹、空间样条曲线轨迹及该机器人在用户现场的工况轨迹，每种运动轨迹中试验速度依次为额定速度的10％、50％和100％，编制相应的程序；

(2)机器人在空运转试验步骤(1)中所选试验轨迹和速度下做连续空运转，各项功能循环时，每个循环之间的停止时间不得超过60s，每种轨迹连续运行至少10次；

4)整机负荷性试验；

5)整机精度及性能检验试验。

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，所述的整机负荷性试验是指：

整机负荷性试验包括工况负载试验和指定负载试验；

1)工况负载试验：

(1)选择机器人在用户企业工作现场夹持的工件，设定机器人的运动轨迹为用户企业工作现场的运动轨迹，试验速度依次为额定速度的10％、50％、100％；

(2)机器人在工况负载试验步骤(1)中所选试验轨迹和速度下循环运动，每次循环之间的停止时间不得超过30s，每种速度下轨迹循环运行30次；

2)指定负载试验：

(1)依次选取20％、40％、......、100％额定负载，选择典型运动轨迹，为矩形轨迹、圆形轨迹或工况轨迹，分别以10％、50％、100％额定速度运动；

(2)机器人在指定负载试验步骤(1)中所选运动轨迹和速度下循环运动，每次循环之间的停止时间不得超过30s，循环运行试验次数根据每种负载，每种速度进行计算。

6.按照权利要求5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，所述的循环运行试验次数根据每种负载，每种速度进行计算是指：

a.假设机器人搬运物体的重量分布服从正态分布，正态分布模型如下：

其中：μ表示均值，σ表示标准差，计算未知参数μ和σ的步骤如下：

a)机器人企业调查用户企业一年内使用受试机器人或与受试机器人结构类似、功能相同、工况相近的机器人搬运的物品的类型，以及每种物品对应的重量和搬运的次数并记录；

b)计算正态分布的均值μ，正态分布的均值等于随机变量X的数学期望：

式中：G₁、G₂、......、G_o表示物品的重量，N₁、N₂、......、N_o表示重量为G₁、G₂、......、G_o的物品分别搬运的次数；

c)计算正态分布的方差σ²，正态分布的方差等于随机变量X的均方差：

其中p_h为随机变量X对应的概率，

式中：h表示元素下标；

b.计算0～20％、20％～40％、40％～60％、60％～80％、80％～100％额定负载中每段负载的概率值并记录；

c.20％、40％、......、100％额定负载中每种试验循环次数：

20％额定负载试验次数：R₁＝20

40％额定负载试验次数：

60％额定负载试验次数：

80％额定负载试验次数：

100％额定负载试验次数：

p₁是0～20％额定负载的概率值、p₂是20％～40％额定负载的概率值、p₃是40％～60％额定负载的概率值、p₄是60％～80％额定负载的概率值、p₅是80％～100％额定负载的概率值。

7.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，所述的整机精度及性能检验试验是指：

1)位姿准确度和位姿重复性试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，其运动轨迹为工况运动轨迹，在工作轨迹上选取5个点，P₁、P₂、P₃、P₄、P₅，这5个点应平分整条轨迹；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，运动轨迹为P₁-P₂-P₃-P₄-P₅循环运动，如此重复进行30次；

(3)计算每个位姿的位姿准确度和姿态准确度并记录；

2)距离准确度和距离重复性试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，选取工况运动轨迹首末两个端点A₁、A₂间的轨迹；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在距离准确度和距离重复性试验步骤(1)选取的轨迹下循环运动，循环次数为30次；

(3)计算指令距离和实到距离平均值之间位姿偏差并记录；

3)位置稳定时间试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，在其运动轨迹上任选一个点，试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在该运动轨迹下循环运动，循环次数为3次；

(2)计算所用稳定时间并记录；

4)轨迹准确度和轨迹重复性试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，选择工况运动轨迹为试验轨迹；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在轨迹准确度和轨迹重复性试验步骤(1)中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为10次；

(3)计算指令轨迹的位置和各实到轨迹位置集群的中心线之间的偏差以及指令姿态与实到姿态平均值之间的偏差值并记录；

5)拐角偏差试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，选择矩形轨迹E₁-E₂-E₃-E₄为试验轨迹；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在拐角偏差试验步骤(1)中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为3次；

(3)计算圆角误差和拐角超调量并记录；

6)轨迹速度特性试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，试验轨迹为该机器人工况运动轨迹；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在轨迹速度特性试验步骤(1)中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为10次；

(3)计算轨迹速度准确度AV，轨迹速度重复性RV，轨迹速度波动FV，并记录；

7)最小定位时间试验：

(1)机器人夹持负载为工况负载或额定负载，试验轨迹是将该机器人工况运动轨迹的首末两端点连接而成的直线轨迹，在该直线轨迹中选择8个点P_ii，ii＝1，2，...，8，随着ii增大，相邻两点之间的距离也增大；

(2)试验速度依次为100％、50％、10％额定速度，在最小定位时间试验步骤(1)中选取的试验轨迹下循环运动，循环次数为3次；

(3)计算定位时间并记录相应值；

8)静态柔顺性试验：

(1)试验中力应加在平行于机座坐标轴的三个方向上，既有正又有负；

(2)力应以10％额定负载逐步增加到100％额定负载，每次一个方向，在伺服系统通电，制动器脱开的情况下测量每个力和方向相应的位移，每个方向重复测量3次；

(3)记录每次的位移测量值；

9)摆动偏差试验：

摆动偏差分为摆幅误差和摆频误差；以百分比表示的摆幅误差应由测得的实到摆幅平均值与指令摆幅之间的偏差计算而得，以百分比表示的摆频误差应由测得的实际摆频与指令摆频之间的偏差来计算：

(1)设计锯齿状摆动轨迹，由制造商提供的摆频和摆幅进行试验，循环试验20次；

(2)计算摆幅误差和摆频误差并记录。

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