CN110132632A - 一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置及测试方法，其中,高温环境耐粉尘测试装置包括箱体，设置在箱体内底部的旋转装置，设置在箱体左右两侧壁上的第一升温调风速装置和第二升温调风速装置，设置在箱体内顶壁上的第一粉尘装置和第二粉尘装置，设置在箱体内顶壁上的真空泵，以及设置在工业机器人上的检测仪。本申请设有旋转装置，大大提高了工业机器人受力的均匀性；设有第一升温调风速装置和第二升温调风速装置，大大提高了箱体内温度调节效率；设有冷风装置和热风装置，能对箱体内的温度进行弥补，从而保证了箱体内的温度恒定，箱体内设有第一粉尘装置和第二粉尘装置，大大提高了箱体内粉尘的调节效率以及粉尘的均匀性。

Description

一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及工业机器人高温耐粉尘测试技术领域，尤其涉及一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置及测试方法。

背景技术

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备，广泛应用于汽车制造、机械加工、电子、能源、建筑、军工、海洋等工业部门。由于工业机器人零部件众多，并以多自由度方式运动，因而发生故障时可能造成难以预计的后果，具有潜在的人机风险。为此，对机器人必须严格按照可靠性测试标准进行测试。

目前，国内外多针对工业机器人的各个关键零部件进行可靠性测试，而对于工业机器人整机的可靠性试验方法鲜有研究。因此，本发明为了考核干热条件下粉尘对机器人整机的影响，提出了一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置及测试方法。

发明内容

本申请为解决上述技术问题而提供一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置及测试方法。

本申请所采取的技术方案是：一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置，其特征在于,包括箱体，设置在箱体内底部的旋转装置，设置在箱体左右两侧壁上的第一升温调风速装置和第二升温调风速装置，设置在箱体内顶壁上的第一粉尘装置和第二粉尘装置，设置在箱体内顶壁上的真空泵，以及设置在工业机器人上的检测仪；

所述旋转装置包括密封箱一、设置在密封箱一内的第一驱动电机和设置在密封箱一上部的水平旋转支撑板，所述第一驱动电机输出端穿过密封箱一顶壁与上部的水平旋转支撑板连接；

所述第一升温调风速装置和第二升温调风速装置均包括密封箱二，设置在密封箱二内的冷风装置和热风装置，以及与冷风装置和热风装置相连的排风管，所述冷风装置包括第一风机、制冷器和冷风管，所述第一风机通过制冷器与冷风管相连，所述冷风管与排风管相连通；所述热风装置包括第二风机、加热管和热风管，所述第二风机通过加热管与热风管相连，所述加热管包括管体和设置在管体内壁上的螺旋装置加热丝，所述热风管与排风管相连通；所述排风管自由端穿过密封箱二侧壁设置在箱体内；

所述第一粉尘装置和第二粉尘装置分别设置在第一升温调风速装置和第二升温调风速装置上部，所述第一粉尘装置和第二粉尘装置均包括固定在箱体顶壁上的密封箱三，设置在密封箱三外侧底部的粉尘含量感应仪，设置在密封箱三内的粉尘箱，设置在粉尘箱内的拨料装置，一端与粉尘箱下端相连一端穿过密封箱三底部的导料管，设置在导料管上的开关阀，设置在导料管下端的喇叭状扩散筒一，设置在扩散筒一大径端的竖直料管，以及设置在扩散筒一远离排风管自由端一侧的导风管，所述粉尘箱下端设有锥形出料口，所述拨料装置设置在锥形出料口处，所述竖直料管与排风管垂直连通，所述扩散筒一通过导风管与排风管相连通；

所述检测仪配置用于实时监测箱体内的温度和风速。

进一步的，所述旋转装置还包括设置在水平旋转支撑板下方套设在密封箱一外侧的筒体，所述筒体上部设有多个导滑钢珠，所述水平旋转支撑板下方设有与导滑钢珠相配合的凹槽。

进一步的，所述导滑钢珠包括珠皿和设置在珠皿内的钢珠。

进一步的，所述拨料装置包括第二驱动电机、旋转轴和多个拨料杆，所述旋转轴一端与第二驱动电机相连，一端垂直穿过粉尘箱锥形出料口侧壁旋转设置在粉尘箱内，所述拨料杆对称设置在粉尘箱内旋转轴端部。

进一步的，所述箱体前部箱壁上设有透明观察窗。

进一步的，所述排风管自由端设有喇叭状扩散筒二，所述扩散筒二大径端设有网状板。

一种利用上述装置进行高温环境下耐粉尘的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集工业机器人试样的样本数为n，设定步进应力水平数为K，各个应力水平为S₁﹤S₂…﹤S_K，且各应力水平对应的转换时间分别为τ₁，τ₂，…，τ_K；

步骤2：将采集的工业机器人试样安装在各个测试装置内，进行高温粉尘条件下步进应力测试，统计各个应力水平对应的工业机器人失效数，并分别记录为r₁，r₂，…，r_K，同时记录各个工业机器人试样在不同应力水平下的工作时间；

步骤3：建立工业机器人试样寿命可靠性统计模型

工业机器人试样在测试装置内测试，影响其寿命的主要因素为箱体内温度和风应力，根据质量作用定律和麦克斯韦-玻尔兹曼定律,可知工业机器人试样的寿命与箱体内温度和风应力的关系为：

t＝AS^-αe^ΔE/kT (1)

式中：S为风应力，是工业机器人受到的应力水平；△E为激活能(eV)；k为玻尔兹曼常数，其值为0.8617×10^-4eV/K；T为环境温度(K)；A和α为待定系数；

在测试装置内箱体内温度T恒定条件下，式(1)转化为

t＝βS^-α (2)

式中：β＝Ae^ΔE/kT；

工业机器人试样的寿命t与风应力之间满足逆幂律模型，同时服从二参数的Weibull分布，其二参数的Weibull分布函数为：

F(t)＝1-exp[-(t/η)^m] (3)

式中：m为形状参数；η为特征寿命

在不同的风应力水平作用下，工业机器人试样整体的失效机理保持不变，则其可靠性统计模型为逆幂率-威布尔模型,具体可表述为:

A1：工业机器人试样寿命t在统计上相互独立且服从二参数Weibull分布；

A2：在不同的风应力水平时，Weibull分布的形状参数m保持不变；

A3：工业机器人试样特征寿命与风应力之间满足逆幂率方程，即

η＝βS^-α (4)

若令y＝lnt，则式(3)所示的威布尔分布就转化为极值分布，其概率密度函数为：

式中：μ＝lnη；σ＝1/m

由此，上述的逆幂率-威布尔统计模型就转化为更具一般性的线性-极值统计模型，具体为：

B1：工业机器人试样寿命在统计上相互独立且服从极值分布；

B2：在各风应力水平下，产品寿命的分布参数σ保持不变；

B3：工业机器人试样寿命的分布参数μ是x_i的线性函数，即

lnη＝μ(x_i)＝γ₀+γ₁x_i (6)

式中：γ₀＝lnβ；γ₁＝-α；x_i＝lnS_i；

γ₀，γ₁和σ根据不同恒定应力试验数据得到；

步骤4：折算出各个工业机器人试样在相对应应力水平下的真实寿命；

第一步：不同应力水平下，工作时间的折算

根据Nelson累计失效模型，某个工业机器人试样在应力S_j下工作t_j时间的累积失效概率F_j(t_j)应与在应力水平S_p下工作某一段时间t_p的累计失效概率F_p(t_p)相等，即

F_p(t_p)＝F_j(t_j)p≠j (7)

根据步骤3中逆幂率-威布尔模型A1，将威布尔分布的分布函数代入式(7)，可得

又由步骤3中逆幂率-威布尔模型A2可知：m_p＝m_j，有

t_p＝(η_p/η_j)t_j (9)

又由步骤3中线性-极值统计模型B3：lnη＝μ(x_i)＝γ₀+γ₁x_i，代入式(9)可得

t_p＝exp[γ₁(x_p-x_j)]t_j

第二步：工业机器人试样真实寿命的计算

假如某个工业机器人试样在应力水平S_p下发生失效，失效时间为t_p，其中试样的失效时间以各应力水平开始时刻为计算起点，若将该试样在前p-1个应力水平所经受的试验时间补偿到第p个应力水平，则可以得到该试样在应力水平S_p的真实寿命为：

式中：x_i＝lnS_i；

对于试验所得到的各应力水平S_i(i＝1,2,…,K)的失效数据，即

其中，表示工业机器人试样在S_K应力水平下，失效数为r_K时的真实失效时间，因而折算出各试样在应力水平S_i时的真实寿命为：

本申请具有的优点和积极效果是：本申请设有旋转装置，工业机器人试样设置在旋转装置上，大大提高了工业机器人试样受力的均匀性，同时提高了测试的准确性；设有相对设置的第一升温调风速装置和第二升温调风速装置，大大提高了箱体内温度调节效率，同时第一升温调风速装置和第二升温调风速装置均设有冷风装置和热风装置，能对箱体内的温度进行弥补，从而保证了箱体内的温度恒定，箱体内对称设有第一粉尘装置和第二粉尘装置，大大提高了箱体内粉尘的调节效率以及粉尘的均匀性。

除了上面所描述的本申请解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本申请所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征所带来的优点，将在下文中结合附图作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置

结构示意图；

图2是本申请实施例提供的旋转装置结构示意图；

图3是本申请实施例提供的第一升温调风速装置和第二升温调风速装置结构示意图；

图4是本申请实施例提供的第一粉尘装置和第二粉尘装置结构示意图；

图5是本申请实施例提供的筒体和导滑钢珠结构示意图；

图6是本申请实施例提供的导滑钢珠结构示意图；

图7是本申请实施例提供的拨料装置结构示意图；

图8是本申请实施例提供的透明观察窗结构示意图；

图9是本申请实施例提供的扩散筒二和网状板结构示意图。

图中：1箱体；110透明观察窗；2旋转装置；210封箱一；220第一驱动电机；230水平旋转支撑板；240筒体；250导滑钢珠；251珠皿；252钢珠；3第一升温调风速装置；4第二升温调风速装置；5第一粉尘装置；6第二粉尘装置；7真空泵；8检测仪；9密封箱二；10冷风装置；1010第一风机；1020制冷器；1030冷风管；11热风装置；1110第二风机；1120加热管；1121管体；1122加热丝；1130热风管；12排风管；13密封箱三；14粉尘含量感应仪；15粉尘箱；1510锥形出料口；16拨料装置；1610第二驱动电机；1620旋转轴；1630拨料杆；17导料管；18开关阀；19扩散筒一；20竖直料管；21导风管；22扩散筒二；23网状板

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1、图2、图3和图4所示，一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置，其特征在于,包括箱体1，设置在箱体1内底部的旋转装置2，设置在箱体1左右两侧壁上的第一升温调风速装置3和第二升温调风速装置4，设置在箱体1内顶壁上的第一粉尘装置5和第二粉尘装置6，设置在箱体1内顶壁上的真空泵7，以及设置在工业机器人试样上的检测仪8；

所述旋转装置2包括密封箱一210、设置在密封箱一210内的第一驱动电机220和设置在密封箱一210上部的水平旋转支撑板230，所述第一驱动电机220输出端穿过密封箱一210顶壁与上部的水平旋转支撑板230连接；

所述第一升温调风速装置3和第二升温调风速装置4均包括密封箱体1二，设置在密封箱体1二内的冷风装置10和热风装置11，以及与冷风装置10和热风装置11相连的排风管12，所述冷风装置10包括第一风机1010、制冷器1020和冷风管1030，所述第一风机1010通过制冷器1020与冷风管1030相连，所述冷风管1030与排风管12相连通；所述热风装置11包括第二风机1110、加热管1120和热风管1130，所述第二风机1110通过加热管1120与热风管1130相连，所述加热管1120包括管体1121和设置在管体1121内壁上的螺旋装置加热丝1122，所述热风管1130与排风管12相连通；所述排风管12自由端穿过密封箱二9侧壁设置在箱体1内；

所述第一粉尘装置5和第二粉尘装置6分别设置在第一升温调速装置和第二升温调风速装置4上部，所述第一升温调速装置和第二升温调风速装置4均包括固定在箱体1顶壁上的密封箱三13，设置在密封箱三13外侧底部的粉尘含量感应仪14，设置在密封箱三13内的粉尘箱15，设置在粉尘箱15内的拨料装置16，一端与粉尘箱15下端相连一端穿过密封箱三13底部的导料管17，设置在导料管17上的开关阀18，设置在导料管17下端的喇叭状扩散筒一19，设置在扩散筒一19大径端的竖直料管20，以及设置在扩散筒一19远离排风管12自由端一侧的导风管21，所述粉尘箱15下端设有锥形出料口1510，所述拨料装置16设置在锥形出料口1510处，所述竖直料管20与排风管12垂直连通，所述扩散筒通过导风管21与排风管12相连通；

所述检测仪8配置用于实时监测箱体1内的温度和风速。

本实施例中，箱体1为测试装置的基础结构，在箱体1内底板上设有旋转装置2，旋转装置2设有密封箱一210、第一驱动电机220和水平旋转支撑板230，第一驱动电机220设置在密封箱一210内，避免了粉尘对第一驱动电机220的影响，提高了第一驱动电机220的使用寿命，第一驱动电机220输出端穿过密封箱一210底板与水平旋转支撑板230固定连接，测试时，工业机器人试样设置在水平旋转支撑板230上，并随水平旋转支撑板230一起旋转，使得工业机器人试样各部分受力均匀，提高了测试的准确性。在箱体1左右两侧壁上设有第一升温调风速装置3和第二升温调风速装置4，第一升温调风速装置3和第二升温调风速装置4为温度和风力调节部件，第一升温调风速装置3和第二升温调风速装置4均设有密封箱体1二、冷风装置10、热风装置11、排风管12，密封箱二9设置在左右两侧壁上，是第一升温调风速装置3和第二升温调风速装置4的基础部件，避免了粉尘对设置在密封箱二9内的装置的影响，冷风装置10和热风装置11设置在密封箱二9内，是第一升温调风速装置3和第二升温调风速装置4的关键部件，冷风装置10设有第一风机1010、制冷器1020和冷风管1030，热风装置11设有第二风机1110、加热管1120和热风管1130，冷风装置10和热风装置11对称设置在排风管12上下两侧，分别通过冷风管1030和热风管1130与排风管12相连通，排风管12自由端穿过密封箱二9侧壁设置在旋转装置2一侧，测试时，便于对设置在水平旋转支撑板230上的工业机器人施加风应力，本实施例中，冷风装置10和热风装置11，能对箱体1内的温度进行弥补，从而保证了箱体1内的温度恒定，同时保证了工业机器人试样受力的稳定性，大大提高了测试的准确性。

本实施例中，在第一升温调风速装置3和第二升温调风速装置4上部分别设有第一粉尘装置5和第二粉尘装置6，第一升温调速装置和第二升温调风速装置4均设有密封箱三13、粉尘含量感应仪14、粉尘箱15、拨料装置16、导料管17、开关阀18、扩散筒一19、竖直料管20和导风管21，密封箱三13设置在箱体1顶壁上，粉尘含量感应仪14设置在密封箱三13外侧底壁上，粉尘箱15和拨料装置16均设置在密封箱三13内，粉尘箱15下端设有锥形出料口1510，拨料装置16设置在锥形出料口1510，可以匀速拨料，便于通过通过控制拨料装置16进而控制箱体1内粉尘的浓度，导料管17一端与锥形出料口1510连接，一端穿过密封箱三13底壁与扩散筒一19连接，导料管17上设有开关阀18，便于控制粉尘箱15的打开与关闭，扩散筒一19下方设有竖直料管20，且通过竖直料管20与排风管12连通，导风管21上端设置在扩散筒一19远离排风管12自由端一侧，下端与排风管12连通，本实施例中，补充粉尘时，粉尘在扩散筒一19内的下落方向与导风管21在扩散筒一19内风的流向垂直，从而提高了粉尘扩散的均匀性。

本实施例中，箱体1内顶壁上设有真空泵7，实时调节箱体1内的压强；工业机器人试样上设有检测仪8，检测仪8实时监测箱体1内的温度和风速，便于指导第一升温调风速装置3和第二升温调风速装置4对箱体1内温度和风速的调控，提高了测试的精确性。

如图5所示，在一优选实施例中，所述旋转装置2还包括设置在水平旋转支撑板230下方套设在密封箱一210外侧的筒体240，所述筒体240上部设有多个导滑钢珠250，所述水平旋转支撑板230下方设有与导滑钢珠250相配合的凹槽。

本实施例中，水平旋转支撑板230下方设有套设在筒体240外侧具有支撑作用的筒体240，筒体240上部与水平旋转支撑板230接触部位设有导滑钢珠250，水平旋转支撑板230旋转设置在筒体240上部，在第一驱动电机220驱动下水平旋转支撑板230旋转，筒体240大大提高了水平旋转支撑板230旋转过程中的稳定性，同时大大提高了旋转支撑板的使用寿命；筒体240套设在密封箱一210外侧，有效的避免了粉尘对驱动电机输出端的影响，提高了第一驱动电机220的使用寿命。

如图6所示，在一优选实施例中，所述导滑钢珠250包括珠皿251和设置在珠皿251内的钢珠252。本实施例中，钢珠252旋转设置在珠皿251中，降低了水平旋转支撑板230旋转过程中受到的摩擦力，提高了水平旋转支撑板230旋转过程中的稳定性。

如图7所示，在一优选实施例中，所述拨料装置16包括第二驱动电机1610、旋转轴1620和多个拨料杆1630，所述旋转轴1620一端与第二驱动电机1610相连，一端垂直穿过粉尘箱15锥形出料口1510侧壁旋转设置在粉尘箱15内，所述拨料杆1630对称设置在粉尘箱15内旋转轴1620端部。

本实施例中，拨料装置16设有第二驱动电机1610、旋转轴1620和多个拨料杆1630，第二驱动电机1610设置在粉尘箱15外侧，第二驱动电机1610输出端与旋转轴1620一端相连，旋转轴1620另一端穿过锥形出料口1510侧壁旋转设置在粉尘箱15内，拨料杆1630对称设置在粉尘箱15内旋转轴1620端部，工作时，第二驱动电机1610带动旋转轴1620旋转，进而带动拨料杆1630旋转，便于控制粉尘箱15均匀供粉，提高了气流携带粉尘的均匀性。

如图8所示，在一优选实施例中，所述箱体1前部箱壁上设有透明观察窗110。本实施例中，箱体1前部箱壁设有透明观察窗110，便于观察箱体1内工业机器人试样的测试过程，有助于工业机器人试样在高温粉尘条件下的可靠性分析。

如图9所示，在一优选实施例中，所述排风管12自由端设有喇叭状扩散筒二22，所述扩散筒二22大径端设有网状板23。本实施例中，排风管12自由端设有喇叭状扩散筒二22，粉尘气流经过扩散筒二22时，筒径逐渐增大，粉尘气流扩散，使含粉尘气流放生紊流，提高了粉尘的均匀性，扩散筒二22大径端设有网状板23，气流和网状板23碰撞，进一步提高了粉尘的均匀性。

利用上述装置进行高温环境下耐粉尘的测试方法，包括以下步骤：

本测试方法采用步进应力加速寿命试验，步进应力加速寿命试验是指样品所加的应力水平随时间按阶梯形逐步提高的寿命试验。

步骤1：采集工业机器人的样本数为n，设定步进应力水平数为K，各个应力水平为S₁﹤S₂…﹤S_K，且各应力水平对应的转换时间分别为τ₁，τ₂，…，τ_K；

在本步骤中，采集工业机器人样本数为n，并设定步进应力水平数K，以及各个应力水平S₁﹤S₂…﹤S_K，以及各应力水平对应的转换时间τ₁，τ₂，…，τ_K。

步骤2：将采集的工业机器人试样安装在各个测试装置内，进行高温粉尘条件下步进应力测试，统计各个应力水平对应的工业机器人试样失效数，并分别记录为r₁，r₂，…，r_K，同时记录各个工业机器人试样在不同应力水平下的工作时间；

在本步骤中，将采集的工业机器人试样安装在各个测试测试装置的水平旋转支撑板230上，测试时，启动第一驱动电机220使得工业机器人试样随水平旋转支撑板230恒定匀速旋转，并启动工业机器人，使其保持工作状态，然后通过第一升温调风速装置3和第二升温调风速装置4调节测试装置内温度为55℃，最后通过第一风机1010调节测试装置内初始风速，待温度和风速达到要求后，启动粉尘装置进行喷粉，保持测试装置内粉尘含量为10.6±7g/m³，测试过程中，第一风机1010根据步骤一确定的应力水平和转换时间进行步进调节，并记录各个应力水平对应的工业机器人失效数，同时记录各个工业机器人试样在不同应力水平下的工作时间。

步骤3：建立工业机器人试样寿命可靠性统计模型

本测试方法中，工业机器人样本在测试装置内测试，影响其寿命的主要因素为箱体1内温度和风应力，根据质量作用定律和麦克斯韦-玻尔兹曼定律,可知工业机器人试样的寿命与箱体1内温度和风应力的关系为：

t＝AS^-αe^ΔE/kT (1)

式中：S为风应力，是工业机器人受到的应力水平；△E为激活能(eV)；k为玻尔兹曼常数，其值为0.8617×10^-4eV/K；T为环境温度(K)；A和α为待定系数；

在测试装置内箱体1内温度T保持恒定条件下，式(1)转化为

t＝βS^-α (2)

式中：β＝Ae^ΔE/kT；

工业机器人试样的寿命t与风应力之间满足逆幂律模型，同时服从二参数的Weibull分布，其二参数的Weibull分布函数为：

F(t)＝1-exp[-(t/η)^m] (3)

式中：m为形状参数；η为特征寿命

在不同的风应力水平作用下，工业机器人试样整体的失效机理保持不变，则其可靠性统计模型为逆幂率-威布尔模型,具体可表述为:

A1：工业机器人试样寿命t在统计上相互独立且服从二参数Weibull分布；

A2：在不同的风应力水平时，Weibull分布的形状参数m保持不变；

A3：工业机器人试样特征寿命与风应力之间满足逆幂率方程，即

η＝βS^-α (4)

若令y＝lnt，则式(3)所示的威布尔分布就转化为极值分布，其概率密度函数为：

式中：μ＝lnη；σ＝1/m

由此，上述的逆幂率-威布尔统计模型就转化为更具一般性的线性-极值统计模型，具体为：

B1：工业机器人试样寿命在统计上相互独立且服从极值分布；

B2：在各风应力水平下，工业机器人试样寿命的分布参数σ保持不变；

B3：工业机器人试样寿命的分布参数μ是x的线性函数，即

lnη＝μ(x_i)＝γ₀+γ₁x_i (6)

式中：γ₀＝lnβ；γ₁＝-α；x_i＝lnS_i；

本公式中γ₀，γ₁和σ可以根据不同恒定应力试验数据得到；在本测试方法中，可以用两个相同的工业机器人试样在不同恒定应力下进行实验，一个工作在应力S₁下，得到机器人的寿命t₁；一个工作在应力S₂下，得到机器人的寿命t₂，然后再用公式(4)即可得到γ₀，γ₁和σ数据。

步骤4：折算出各个工业机器人试样在相对应应力水平下的真实寿命；

第一步：不同应力水平下，工作时间的折算

根据Nelson累计失效模型，某个工业机器人试样在应力S_j下工作t_j时间的累积失效概率F_j(t_j)应与在应力水平S_p下工作某一段时间t_p的累计失效概率F_p(t_p)相等，即

F_p(t_p)＝F_j(t_j)p≠j (7)

根据步骤3中逆幂率-威布尔模型A1，将威布尔分布的分布函数代入式(7)，可得

又由步骤3中逆幂率-威布尔模型A2可知：m_p＝m_j，有

t_p＝(η_p/η_j)t_j (9)

又由步骤3中线性-极值统计模型B3：lnη＝μ(x_i)＝γ₀+γ₁x_i，代入式(9)可得

t_p＝exp[γ₁(x_p-x_j)]t_j

第二步：工业机器人试样真实寿命的计算

假如某个工业机器人试样在应力水平S_p下发生失效，失效时间为t_p，其中试样的失效时间以各应力水平开始时刻为计算起点，若将该试样在前p-1个应力水平所经受的试验时间补偿到第p个应力水平，则可以得到该试样在应力水平S_p的真实寿命为：

式中：x_i＝lnS_i；

对于试验所得到的各应力水平S_i(i＝1,2,…,K)的失效数据，即

其中，表示工业机器人试样在S_K应力水平下，失效数为r_K时的真实失效时间，因而折算出各试样在应力水平S_i时的真实寿命为：

本方法通过步进应力加速寿命试验和步进应力时间折算相结合，研究工业机器人在高温耐粉尘条件的真实寿命，进而通过工业机器人折算的真实寿命分析工业机器人在高温环境下耐粉尘的可靠性，从而实现考核干热条件下粉尘对工业机器人整机影响的目的。

以上对本申请的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本申请的较佳实施例，不能被认为用于限定本申请的实施范围。凡依本申请的申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本申请的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置，其特征在于,包括箱体(1)，设置在箱体(1)内底部的旋转装置(2)，设置在箱体(1)左右两侧壁上的第一升温调风速装置(3)和第二升温调风速装置(4)，设置在箱体(1)内顶壁上的第一粉尘装置(5)和第二粉尘装置(6)，设置在箱体(1)内顶壁上的真空泵(7)，以及设置在工业机器人上的检测仪(8)；

所述旋转装置(2)包括密封箱一(210)、设置在密封箱一(210)内的第一驱动电机(220)和设置在密封箱一(210)上部的水平旋转支撑板(230)，所述第一驱动电机(220)输出端穿过密封箱一(210)顶壁与上部的水平旋转支撑板(230)连接；

所述第一升温调风速装置(3)和第二升温调风速装置(4)均包括密封箱二(9)，设置在密封箱二(9)内的冷风装置(10)和热风装置(11)，以及与冷风装置(10)和热风装置(11)相连的排风管(12)，所述冷风装置(10)包括第一风机(1010)、制冷器(1020)和冷风管(1030)，所述第一风机(1010)通过制冷器(1020)与冷风管(1030)相连，所述冷风管(1030)与排风管(12)相连通；所述热风装置(11)包括第二风机(1110)、加热管(1120)和热风管(1130)，所述第二风机(1110)通过加热管(1120)与热风管(1130)相连，所述加热管(1120)包括管体(1121)和设置在管体(1121)内壁上的螺旋状加热丝(1122)，所述热风管(1130)与排风管(12)相连通；所述排风管(12)自由端穿过密封箱二(9)侧壁设置在箱体(1)内；

所述第一粉尘装置(5)和第二粉尘装置(6)分别设置在第一升温调风速装置(3)和第二升温调风速装置(4)上部，所述第一粉尘装置(5)和第二粉尘装置(6)均包括固定在箱体(1)顶壁上的密封箱三(13)，设置在密封箱三(13)外侧底部的粉尘含量感应仪(14)，设置在密封箱三(13)内的粉尘箱(15)，设置在粉尘箱(15)内的拨料装置(16)，一端与粉尘箱(15)下端相连一端穿过密封箱三(13)底部的导料管(17)，设置在导料管(17)上的开关阀(18)，设置在导料管(17)下端的喇叭状扩散筒一(19)，设置在扩散筒一(19)大径端的竖直料管(20)，以及设置在扩散筒一(19)远离排风管(12)自由端一侧的导风管(21)，所述粉尘箱(15)下端设有锥形出料口(1510)，所述拨料装置(16)设置在锥形出料口(1510)处，所述竖直料管(20)与排风管(12)垂直连通，所述扩散筒一(19)通过导风管(21)与排风管(12)相连通；

所述检测仪(8)配置用于实时监测箱体(1)内的温度和风速。

2.如权利要求1所述的一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置，其特征在于，所述旋转装置(2)还包括设置在水平旋转支撑板(230)下方套设在密封箱一(210)外侧的筒体(240)，所述筒体(240)上部设有多个导滑钢珠(250)，所述水平旋转支撑板(230)下方设有与导滑钢珠(250)相配合的凹槽。

3.如权利要求2所述的一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置，其特征在于，所述导滑钢珠(250)包括珠皿(251)和设置在珠皿(251)内的钢珠(252)。

4.如权利要求3所述的一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置，其特征在于，所述拨料装置(16)包括第二驱动电机(1610)、旋转轴(1620)和多个拨料杆(1630)，所述旋转轴(1620)一端与第二驱动电机(1610)相连，一端垂直穿过粉尘箱(15)锥形出料口(1510)侧壁旋转设置在粉尘箱(15)内，所述拨料杆(1630)对称设置在粉尘箱(15)内旋转轴(1620)端部。

5.如权利要求4所述的一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置，其特征在于，所述箱体(1)前部箱壁上设有透明观察窗(110)。

6.如权利要求5所述的一种工业机器人高温环境下耐粉尘测试装置，其特征在于，所述排风管(12)自由端设有喇叭状扩散筒二(22)，所述扩散筒二(22)大径端设有网状板(23)。

7.一种利用权利要求1-6中任一权利要求所述装置进行高温环境下耐粉尘的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集工业机器人试样的样本数为n，设定步进应力水平数为K，各个应力水平为S₁﹤S₂…﹤S_K，且各应力水平对应的转换时间分别为τ₁，τ₂，…，τ_K；

步骤2：将采集的工业机器人试样安装在各个测试装置内，进行高温粉尘条件下步进应力测试，统计各个应力水平对应的工业机器人失效数，并分别记录为r₁，r₂，…，r_K，同时记录各个工业机器人试样在不同应力水平下的工作时间；

步骤3：建立工业机器人试样寿命可靠性统计模型

工业机器人试样在测试装置内测试，影响其寿命的主要因素为箱体(1)内温度和风应力，根据质量作用定律和麦克斯韦-玻尔兹曼定律,可知工业机器人试样的寿命与箱体(1)内温度和风应力的关系为：

t＝AS^-αe^ΔE/kT (1)

式中：S为风应力，是工业机器人受到的应力水平；△E为激活能(eV)；k为玻尔兹曼常数，其值为0.8617×10^-4eV/K；T为环境温度(K)；A和α为待定系数；

在测试装置内箱体(1)内温度T恒定条件下，式(1)转化为

t＝βS^-α (2)

式中：β＝Ae^ΔE/kT；

工业机器人试样的寿命t与风应力之间满足逆幂律模型，同时服从二参数的Weibull分布，其二参数的Weibull分布函数为：

F(t)＝1-exp[-(t/η)^m] (3)

式中：m为形状参数；η为特征寿命

在不同的风应力水平作用下，工业机器人试样整体的失效机理保持不变，则其可靠性统计模型为逆幂率-威布尔模型,具体可表述为:

A1：工业机器人试样寿命t在统计上相互独立且服从二参数Weibull分布；

A2：在不同的风应力水平时，Weibull分布的形状参数m保持不变；

A3：工业机器人试样特征寿命与风应力之间满足逆幂率方程，即

η＝βS^-α (4)

若令y＝lnt，则式(3)所示的威布尔分布就转化为极值分布，其概率密度函数为：

式中：μ＝lnη；σ＝1/m

由此，上述的逆幂率-威布尔统计模型就转化为更具一般性的线性-极值统计模型，具体为：

B1：工业机器人试样寿命在统计上相互独立且服从极值分布；

B2：在各风应力水平下，产品寿命的分布参数σ保持不变；

B3：工业机器人试样寿命的分布参数μ是x_i的线性函数，即

lnη＝μ(x_i)＝γ₀+γ₁x_i (6)

式中：γ₀＝lnβ；γ₁＝-α；x_i＝lnS_i；

γ₀，γ₁和σ根据不同恒定应力试验数据得到；

步骤4：折算出各个工业机器人试样在相对应应力水平下的真实寿命；

第一步：不同应力水平下，工作时间的折算

根据Nelson累计失效模型，某个工业机器人试样在应力S_j下工作t_j时间的累积失效概率F_j(t_j)应与在应力水平S_p下工作某一段时间t_p的累计失效概率F_p(t_p)相等，即

F_p(t_p)＝F_j(t_j)p≠j (7)

根据步骤3中逆幂率-威布尔模型A1，将威布尔分布的分布函数代入式(7)，可得

又由步骤3中逆幂率-威布尔模型A2可知：m_p＝m_j，有

t_p＝(η_p/η_j)t_j (9)

又由步骤3中线性-极值统计模型B3：lnη＝μ(x_i)＝γ₀+γ₁x_i，代入式(9)可得

t_p＝exp[γ₁(x_p-x_j)]t_j

第二步：工业机器人试样真实寿命的计算

假如某个工业机器人试样在应力水平S_p下发生失效，失效时间为t_p，其中试样的失效时间以各应力水平开始时刻为计算起点，若将该试样在前p-1个应力水平所经受的试验时间补偿到第p个应力水平，则可以得到该试样在应力水平S_p的真实寿命为：

式中：x_i＝lnS_i；

对于试验所得到的各应力水平S_i(i＝1,2,…,K)的失效数据，即

其中，表示工业机器人试样在S_K应力水平下，失效数为r_K时的真实失效时间，因而折算出各试样在应力水平S_i时的真实寿命为：