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SCARA机器人能有效降低生产成本、提高自动化水平,可将人从危险、繁重的工作中解脱出来,在企业中得到了广泛的应用。可靠性和安全性对机器人来说很重要,因此,如何对SCARA机器人进行故障诊断,成为机器人应用的关键问题之一。
本文首先描述了机器人的运动规划方案,研究了SCARA机器人各关节运动信号的提取方法,利用PMAC提取机器人在运行过程中各关节理论和实际的运动信号,对实际的关节运动信号进行分析。以雅克比矩阵为理论基础,研究了机器人末端关节在笛卡尔空间下的速度、加速度合成方法,并对末端加速度进行频域分析,总结了给定速度下机器人末端振动频率与关节振动频率之间的关系。
其次,利用拉格朗日方法建立SCARA机器人的动力学方程,求出不同速度下机器人各个关节的驱动力矩,分析机器人末端的振动情况,通过坐标变换将关节空间力矩转化为笛卡尔坐标系下机器人末端的受力,为阈值算法设计提供理论基础。
最后,通过一个安装在SCARA机器人未端的加速度传感器,采集机器人在特定运动过程中的末端加速度信号,并对加速度信号进行时域和频域分析,总结出机器人在不同运行速度下的加速度趋势和末端振动特点。设置各种典型故障,对机器人出现故障时的信号进行时域和频域分析,对比机器人在正常运行时和故障时信号的差别。提出了一种基于模型参数误差的阈值计算方法,将机器人末端速度曲线与阈值比较来判断机器人的运行状态。
在课题的研究过程中,对机器人在各种不同速度运行情况下的加速度信号进行了大量实验,总结出机器人在正常运行和出现故障时加速度趋势的异同,以及末端的振动频率与指定运行速度之间的关系。