淺析智能機器人的自動化控制可靠性探究

陳玥琳

（北京工業大學機械工程與應用電子技術學院，北京 100124）

機器人是人類新紀元以來最偉大的發明之一，機器的自動化運作將人們的雙手從勞動中解放出來，從而進行更有價值的技術理論研究。一個國家的自動化水平可以從這個國家的工業機器化程度上來體現。到今天，機器人已經應用于工業、農業、商業甚至旅游業等第三方產業，大到維護國家安全，小到運送商品。機器人技術的不斷發展使得社會飛速進步，我國制造業的發展也使我國逐漸成為世界制造業的中心，自動化工作的效率是影響我國邁向制造強國的因素之一。機器人的精準度是機器在工作運行過程中很重要的一項功能，也是判斷機器人是否能擔當此項工作的重要指標。在一些要求高精準度的工作中，比如裝配、焊接、測量等，機器人的精準度要求更加嚴苛。因此，工業機器人自動化控制的精準可靠度的研究勢在必行。

1 智能機器人自動化控制可靠性分析

1.1 機械精準度可靠性分析工具

本文所使用的仿真分析工具，是基于機械動力學自動分析理論的運動精度可靠性分析工具。機械動力自動分析是將建模、計算、得出結論和立體可視化集于一體的仿真分析軟件。機械動力學自動分析是一種功能非常強大的軟件，機械動力學自動分析不僅可以用于虛擬樣機的分析、虛擬機械數字化平臺的靜態動態的運動分析。并且可以作為開發虛擬操作產品的工具。基本步驟圖如圖1所示。

圖1 基本步驟圖

使用者可以根據使用習慣自主設置菜單選項、對話框有無，甚至可以輸入代碼命令自動重復機械化檢測和計算工作。

1.2 機械運動可靠性分析方法

機器可靠性分析的重點目標是建立起機器性能的輸出參數以及影響這些輸出參數變化的隨機變量之間的關系，可以建立起相關的函數模型。

與應力—強度干涉模型類似，設一個功能函數為其中，ΔY表示輸出誤差，δ表示允許極限誤差。假設ΔY為正態分布，即：

可靠度R為

根據公式（1）（2）代入數據得到輸出誤差及允許極限正態分布特征數值后，即可得出可靠度R。

2 智能機器人自動化控制可靠性計算分析

2.1 建立虛擬樣機

本文所使用的機械動力學自主分析中的仿真模型需要實現必要的參數化以方便對樣本施加約束或運動命令，這些功能都是基于可視化模塊中提供的建模工具直接建立起機器人的虛擬模型。

建立模型后，可以通過各種約束來約束部件之間的某些相對運動，并將不同的部件連接起來，形成一個機械數字平臺。增加約束可以減少數字平臺的自由度，不同的約束可以減少不同的自由度。受約束的運動，如使一個部件在特定的時間內按特定的軌跡有規律地運動。

2.2 機器人自動化運動可靠性分析

在建立虛擬模型后，通過數據分析可以發現，虛擬樣機還存在許多不足之處，設計還需要進一步改變。在可視化顯示模塊中提供了參數化方法:參數化表達是自動化機械動力學分析中應用最廣泛的參數化表達方式，在建立仿真模型的過程中基于可視化顯示，需要輸入參數值，可以使用參數化表達進行參數化。

需要考慮的影響因素已在前一篇論文中參數化。利用機械動力學自動分析命令語言可編制運動仿真程序。關于制度可靠性，研究對象不是單一的制度，而是一種制度。因為機器人的連接桿尺寸誤差和間隔誤差會在一定范圍內進行無規則變化，而每種型號的機器人的誤差變化范圍都不一樣，所以需要進行多次的自動化運動仿真操作。

2.3 機器人自動化運動可靠性計算

自定義菜單建立后，需要自定義菜單相對應的機械動力學自動分析對話框。為了方便用戶使用機械動力學自動分析，機械動力學自動分析為用戶提供了對話框編寫工具，可以開啟新的對話框，使用者也可以自主操作修改現有的對話框。

使用者還可以利用編程語言的對話框功能，對計算機器人運動可靠度的對話框進行修改。在不同的變量環境中分別對機器人進行多次仿真操作，用相同的格式保存數據文件，對這些數據進行分析處理并且計算誤差，以求得可靠度。至此，機器人自動化控制的可靠性探究方法建立完成。

3 實驗

準備20個工業機器人進行自動化控制仿真實驗，變量為時間長度和次數，檢測工業機器人的位移、速度和加速度可靠度如表1。

4 結語

本文主要利用虛擬樣機技術對工業機器人的運動可靠性進行計算和分析，利用機械動力學自動分析軟件建立了機器人的參數化仿真模型，為用戶模擬不同尺寸的機器人提供了一種有效的方法，使利用數字技術計算機構的運動可靠性成為可能。同時，對連接桿的尺寸誤差和間隔誤差的影響進行分析和計算實驗，并且將計算結果和現場實驗數據進行比較，最終證明了方法的有效性，基于此為復雜的機器人自動化運行可靠性分析設計了一種有效的計算方式。

表1 檢測結果

通過實際參數和表1數據的對比可以知道，本文計算結果與現場試驗測量所得數據計算結果相符合，說明本文提出的數字化虛擬樣機技術計算機器人運動精度可靠性的方法是可行的。