工业机器人状态监测与故障诊断系统的研究

摘要

随着科技的发展，工业机器人在生产制造等行业中扮演着越来越重要的角色。如何保证工业机器人在运行过程中的可靠性、稳定性和安全性已成为研究的热点问题。目前，采用故障诊断专家系统实现机械设备的故障诊断已经成为一门重要的学科，由于诊断专家系统拥有大量领域的专家知识，能运用现代数学理论实现各种推理方法对设备进行故障诊断，并且能够模拟、再现、保存和复制诊断结果，所以得到了广泛的应用。本文基于华南理工大学自主研发的工业机器人进行研究，并针对工业机器人的故障特点，提出了基于模糊理论的工业机器人状态监测与故障诊断。本课题研究项目获国家863重点项目“机器人模块化功能部件及产业化”资金资助。
　　 本文首先对机器人体系结构进行分析，采用IPC+PMAC构建了系统的硬件平台；对机器人编程系统进行需求分析，提出了整个机器人编程系统的软件结构，并描述了各个模块的功能；运用Matlab进行工业机器人运动仿真，证明机器人机械结构设计的合理性。
　　 其次，本文深入探讨了工业机器人运行过程中几种常见的故障，结合故障树分析法建立机器人故障树以及对基于模糊理论的专家系统进行了理论学习和研究。
　　 再次，本文研究了工业机器人控制核心PMAC运动控制卡；结合故障诊断模型所需的现场数据，提出了基于PMAC的数据实时采集方案；利用动态链接库知识，在VC＃环境下开发了一套数据采集软件，完成了数据的实时采集与显示，为故障诊断提供了数据支持。
　　 最后，基于Visual C＃．NET开发平台，有机地结合了模糊推理技术和专家系统，采用推理程序与专家系统知识库独立的结构，开发了工业机器人的模糊故障诊断专家系统；系统的知识库完全用关系型数据库进行维护；系统具有良好的人机交互界面，操作方便；最后通过实例演示故障诊断专家系统的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 工业机器人的发展及应用

1.1.1 国外概况

1.1.2 国内概况

1.2 机器人系统故障诊断的研究

1.2.1 故障诊断技术的研究现状及发展趋势

1.2.2 工业机器人故障诊断技术

1.3 课题的来源、目的和意义

1.4 本文研究的主要内容

第二章 机器人的总体结构分析

2.1 机器人控制系统结构

2.1.1 机器人控制系统的硬件结构

2.1.2 机器人控制系统的软件结构

2.2 机器人机械本体特征

2.3 机器人运动仿真

2.3.1 运动模型的建立

2.3.2 机器人运动仿真

2.4 本章小结

第三章 故障树分析法与故障诊断专家系统

3.1 故障树分析法(FTA)的基本理论

3.1.1 故障树的建造

3.1.2 故障树分析法的数学基础

3.2 工业机器人故障树模型

3.2.1 机器人常见故障分析

3.2.2 基于故障类型构建故障树

3.3 基于模糊理论的机器人故障诊断专家系统

3.3.1 模糊专家系统的简介

3.3.2 模糊专家系统的结构

3.3.3 模糊专家系统解决实际问题的优点

3.3.4 工业机器人状态监测与故障诊断专家系统的基本原理

3.4 机器人系统故障树与故障诊断专家系统之间的联系

3.5 本章小结

第四章 基于PMAC的状态监测与显示

4.1 PMAC运动控制卡简介

4.1.1 PMAC运动控制卡的特征

4.1.2 PMAC运动控制卡软件组成

4.2 基于PMAC的数据采集

4.2.1 数据采集模块的硬件结构

4.2.2 PMAC数据采集原理

4.3 状态监控与显示软件设计及功能实现

4.3.1 状态监控系统的组成

4.3.2 状态监控系统的例图分析

4.4 状态监控系统程序分析

4.5 状态监测模块测试结果

4.6 本章小结

第五章 故障诊断专家系统的研究及实现

5.1 模糊诊断在工业机器人系统中的应用

5.1.1 模糊数学的产生及发展

5.1.2 本文选择模糊专家系统的原因

5.2 知识库的研究及实现

5.2.1 知识的表示

5.2.2 知识的获取

5.2.3 知识库的建立

5.2.4 知识库的管理与维护

5.3 推理机的研究与实现

5.3.1 模糊推理的理论基础

5.3.2 推理机的算法实现

5.4 解释模块及人机界面的设计

5.4.1 解释模块

5.4.2 人机界面

5.5 故障诊断系统的应用实例

5.6 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢