ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ И РЕСУРСА в МАШИНОСТРОЕНИИ

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Проведение испытаний и диагностирование робототехнических систем возможно лишь на основе системного подхода, предусматривающего единство методики, рациональное распределение экспериментальных работ по времени и месту проведения (лабораторные, стендовые и эксплуатацион­ные), организацию обмена информацией между конструкторскими бюро и промышленными предприятиями.

Начатое на ряде заводов серийное производство манипуляторов и робо­тов и перспективы их широкого применения в промышленности в условиях комплексной автоматизации делают особо актуальными тщательную разра­ботку экспериментальных методов исследований и испытаний. В основные задачи этих испытаний входит уточнение паспортных данных, количествен­ное определение и сравнение критериев качества роботов одного назначения, получение данных, необходимых для разработки математической модели и автоматизированного исследования ее с помощью ЭВМ, количественное определение величин, характеризующих работоспособные и дефектные состояния роботов и обеспечивающих выполнение операций контроля и диагностирования.

Несмотря на кажущуюся простоту этих требований к эксперименту, их выполнение встречает значительные трудности, связанные с многозвен­ностью конструкций рабочих органов, большим числом степеней подвижно­сти, разнообразием конструкций, различием в типах привода, отсутствием удобной аппаратуры.

В СССР и за рубежом испытания роботов проводятся по различным мето­дикам, часто без достаточного статистического обоснования необходимого числа экспериментов. Конструкции роботов не приспособлены должным образом для проведения испытаний.

Институтом машиноведения АН СССР проведена работа по унификации испытаний. В унифицированную методику выделена та часть испытаний, которая должна проводиться как в стендовых, так и в производственных условиях. Она разработана на основе опыта испытаний промышленных роботов и манипуляторов с электромеханическим, гидравлическим и пневматическим приводами в лабораторных и производственных условиях станкостроительной, автомобильной и других отраслях промышленности. Методика сокращенных испытаний включает осциллографирование скоро­стей, ускорений и малых перемещений выходного звена рабочего органа, а у роботов с пневматическим и гидравлическим приводом давлений в обеих полостях цилиндров — пневмо - или гидромоторов.

Методика исследовательских испытаний включает статические, расширен­ные точностные испытания, запись сигналов, поступающих от системы управления в целях более точного определения временных интервалов и согласованности работы рабочих органов, записи давлений на различных участках пневмо - или гидросистемы и усилий в звеньях для локализации дефектов, запись мощности электродвигателей или силы тока, частоты вращения вала двигателя, исследование виброакустических характеристик, измерения температуры и др. [4]. Эти исследования проводятся до испыта­ний на надежность и долговечность и периодически повторяются в ходе ресурсных испытаний, что дает возможность установить корреляционные связи между показателями динамического качества, наработкой на отказ и износом деталей механизма робота. В процессе эксплуатации эти связи исследуются при проведении испытаний до и после ремонтных работ, свя­занных с разборкой механизмов, когда имеется возможность изучить характер износа.

Основным отличием этой методики динамических испытаний от ранее принятых методик является определение быстродействия в зависимости от уровня требований к точности [1]. Такая методика позволяет устранить субъективность оценок быстродействия и быстроходности. При этом более строго определяется влияние на основные характеристики робота парамет­ров механизмов и качества настройки системы управления робота.

В результате проведенных исследований [5] установлено, что наиболь­шее влияние на быстроходность (определяемую как средняя величина скорости выходного звена работа) оказывает путь этого звена. При малых величинах пути, составляющих десятую часть максимального перемещения, величина средней скорости обычно в несколько раз ниже паспортной. Такое снижение скорости надо учитывать при проектировании роботов с адаптив­ными системами управления, для которых характерен режим поиска, когда цикл движения схвата руки включает ряд последовательных небольших перемещений, задаваемых датчиками системы очувствления [5].

Несколько меньшее влияние на быстроходность оказывает масса руки. Однако влияние этой массы сказывается на точности, что заставляет забо­титься об оптимизации схемы привода, облегчении деталей руки при одно­временном обеспечении ее жесткости, с тем чтобы снизить отношение общего веса руки к весу транспортируемой детали или оснастки (в частно­сти, за счет применения композитных материалов) . Влияние заданной точ­ности позиционирования существенно зависит от параметров колебательной системы, включающих силы демпфирования. У ряда испытанных конструк­ций промышленных роботов из-за колебаний схвата средняя скорость снижается не менее чем в 2 раза.

Испытаниями установлено, что приборные методы отладки аппаратуры системы управления позволяют существенно повысить быстродействие, снизить динамические нагрузки и обеспечить стабильность наладки. При этом благодаря количественному заданию параметров и указанию в техно­логии испытаний последовательности действий не требуется длительного обучения обслуживающего персонала. Это же относится и к внедрению приборных методов диагностирования.

Основными видами дефектов промышленных роботов являются: непра­вильное формирование закона движения, недостаточное демпфирование и жесткость выходных звеньев, погрешности сборки, погрешности профили­рования и изготовления деталей пневмо - и гидроаппаратуры, погрешности настройки этой аппаратуры и системы управления, недостаточная мощность привода, неуравновешенность деталей, большие силы трения [1, 5].

Для эксплуатационных условий актуальна разработка компактных приборов, обеспечивающих быстрое проведение наладочных и диагности­ческих испытаний непосредственно в цеховых условиях. Часть диагности­ческих испытаний может проводиться с помощью экспериментальных средств, предусматривающих последующую обработку данных с помощью ЭВМ. При этом в качестве норм могут использоваться как паспортные величины параметров, так и различные величины, косвенно определяющие работоспособность или виды дефектов: коэффициенты корреляции, спектральные характеристики, допустимые изменения временных интерва­лов на отдельных участках циклограмм и т. п.

Внедрение динамических методов испытаний и квалиметрических мето­дов оценки качества [6] проектируемых и выпускаемых промышлен­ных роботов позволит существенно сократить время устранения дефектов и наладки как при сборке, так и в эксплуатационных условиях, проводить ремонтные работы лишь по фактической потребности и, уменьшив их объем, обеспечить высокую надежность роботизированных участков.