论文中文题名: | 柔索驱动拣矸机器人可靠性分析 |
姓名: | |
学号: | 20205224088 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085201 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 机械工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2023 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 工业机器人技术 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2023-06-15 |
论文答辩日期: | 2023-05-30 |
论文外文题名: | Reliability analysis of the cable-driven gangue sorting robot |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Cable-driven gangue sorting robot ; Fault tree ; Motion reliability ; Sensitivity |
论文中文摘要: |
随着煤炭洗选行业的智能化发展,柔索驱动拣矸机器人作为集识别、控制和驱动于一体的综合系统,已成为实现煤矸石自动识别和快速分拣的有效方案。机器人可靠性研究是机器人系统安全可靠工作的基本保障,是推动其工程应用的重要前提。本文对柔索驱动拣矸机器人的系统分拣可靠性和运动精度可靠性进行研究,旨在为柔索驱动拣矸机器人可靠性评估和轨迹规划提供理论依据和指导。本文主要研究工作如下: (1)柔索驱动拣矸机器人系统分拣可靠性分析:针对柔索驱动拣矸机器人系统分拣可靠性评估问题,采用故障树分析方法进行研究。从系统结构组成及工作原理出发,分析系统分拣故障原因,构建分拣故障树模型。通过定性分析确定分拣故障树的最小割集和结构重要度。在定量分析中将故障树底事件发生概率视为为区间变量,计算出反映系统分拣可靠性程度的非概率可靠性指标,提出了一种区间重要度指标,并对底事件的区间重要度进行求解排序。计算结果表明,柔索驱动拣矸机器人分拣可靠性程度满足机器人分拣可靠性要求。煤矸石流瞬时含矸率增大和工业相机故障是影响其分拣可靠性的重要因素,并针对重要因素提出振荡混合煤矸石流、智能控制带速和增加备用工业相机3个改进措施。 (2)柔索驱动拣矸机器人运动精度可靠性分析:针对末端抓斗空间位置变化导致的多极限状态函数运动精度可靠性问题,提出一种柔索驱动拣矸机器人运动精度可靠性分析方法。采用矢量合成法和矩阵全微分法建立分别建立机器人运动学模型和运动误差模型。结合运动精度要求建立单点运动精度可靠性模型。运用均值一次二阶矩法对可靠性模型进行求解。将运动可靠工作空间定义为末端抓斗运动精度可靠性满足要求的所有位置点构成的集合,以单点运动精度可靠性模型为基础,运用空间离散重组思想对其进行求解。运动可靠工作空间为柔索驱动拣矸机器人运动精度可靠评估提供了理论依据,为轨迹规划提供了有益参考。 (3)柔索驱动拣矸机器人运动精度可靠性灵敏度分析:针对末端抓斗空间位置变化导致的多极限状态函数运动精度可靠性灵敏度问题,将运动精度可靠性灵敏度分为局部灵敏度和全局灵敏度。基于单点运动精度可靠性模型求解方法,推导相应的均值一次二阶矩公式,以求解单点局部灵敏度和轨迹局部灵敏度。以单点局部灵敏度为基础,运用空间离散思想对运动精度可靠性全局灵敏度进行求解。局部灵敏度和全局灵敏度为识别出运动精度可靠性敏感源提供理论依据,为轨迹规划提供有益参考。 |
论文外文摘要: |
With the advancement of intelligent technology in the coal washing industry, the cable-driven gangue sorting robot, which integrates identification, control, and driving, has emerged as an effective solution for automatic identification and rapid sorting of coal gangue. Research on robot reliability is fundamental for ensuring the safe and reliable operation of robot systems and is a crucial prerequisite for promoting their engineering applications. In this paper, the system sorting reliability and motion accuracy reliability of the cable-driven gangue sorting robot are studied, aiming to provide theoretical basis and guidance for the reliability evaluation and trajectory planning of the cable-driven gangue sorting robot. The main research work of this paper is as follows : (1) Sorting reliability analysis of cable-driven gangue sorting robot system: To address the evaluation of sorting reliability in cable-driven gangue sorting robot systems, the fault tree analysis method is used to study. Starting from the system structure and working principle, the causes of system sorting failure are analyzed, and the sorting fault tree model is constructed.The minimum cut set and structural importance of the sorting fault tree are determined by qualitative analysis. In the quantitative analysis, the probability of the bottom event of the fault tree is regarded as an interval variable, and the non-probabilistic reliability index reflecting the reliability degree of the system sorting is calculated. An interval importance index is proposed, and the interval importance of the bottom event is solved and sorted. The calculation results demonstrate that the sorting reliability meets the requirements for robot sorting reliability. The increase of instantaneous gangue content of coal gangue flow and the failure of industrial camera are important factors affecting its sorting reliability. Three improvement measures are proposed for the important factors, including oscillating mixed coal gangue flow, intelligent control of belt speed and increasing standby industrial camera. (2) Motion accuracy reliability analysis of cable-driven gangue sorting robot: To address the motion accuracy reliability issue in multi-limit state functions due to the change in spatial position of the end grab, a reliability analysis method for motion accuracy of cable-driven gangue sorting robots is proposed. The robot kinematics model and motion error model are established by vector synthesis method and matrix total differential method respectively. Combined with the motion accuracy requirements, a single point motion accuracy reliability model is established. The mean first-order second-moment method is used to solve the reliability model. The motion reliable workspace is defined as a set of all position points that meet the requirements of the motion accuracy reliability of the end grab. Based on the single point motion accuracy reliability model, the spatial discrete recombination idea is used to solve it. The reliable workspace provides a theoretical basis for the reliable evaluation of the motion accuracy of the cable-driven gangue sorting robot, and provides a useful reference for trajectory planning. (3) Reliability sensitivity analysis of motion accuracy of cable-driven gangue sorting robot: To address the reliability sensitivity of motion accuracy in multi-limit state functions due to the change in spatial position of the end grab, the reliability sensitivity of motion accuracy is divided into local sensitivity and global sensitivity. Based on the single-point motion accuracy reliability model solution method, the corresponding mean first-order second-moment formula is derived to solve the single-point local sensitivity and trajectory local sensitivity. Based on the single point local sensitivity, the global sensitivity of motion accuracy reliability is solved by using the idea of spatial discretization. Local sensitivity and global sensitivity provide a theoretical basis for identifying the reliability sensitive source of motion accuracy and provide a useful reference for trajectory planning. |
参考文献: |
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中图分类号: | TP242.3 |
开放日期: | 2023-06-15 |