一種機器人手臂應(yīng)變測試數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機器人手臂的測試和數(shù)據(jù)處理，具體涉及一種機器人手臂的應(yīng)變測試 數(shù)據(jù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 伺服電機驅(qū)動機器人手臂進行水平方向和豎直方向的運動，實現(xiàn)對目標(biāo)物的抓放 作業(yè)。機器人手臂在操作的過程中，受變幅交變應(yīng)力作用而產(chǎn)生疲勞損傷，隨著工作時間的 增加，機器人手臂(機器人手臂零部件)的疲勞損傷也在增加，其使用壽命逐漸減少。機器人 手臂的疲勞損傷程度和剩余壽命，是由實驗計算和使用經(jīng)驗積累獲得并在此基礎(chǔ)上編制維 護資料，它規(guī)定了維護的時間間隔并提供了機器人手臂的壽命值。雖然這些數(shù)據(jù)對保證機 器人的連續(xù)運轉(zhuǎn)起到了重要的作用，但是該資料無通用性。對于不同用途、不同型號、不同 工作載荷的機器人，隨著運作時間的增加，機器人手臂的疲勞損傷程度也不同，僅靠維護資 料來預(yù)估每次運作后的疲勞損傷程度及剩余壽命，不能及時準(zhǔn)確地提供機器人手臂的疲勞 損傷程度及剩余壽命。由于難以預(yù)測機器人手臂壽命值，也就難以預(yù)防某一臺機器人在運 作過程中突然失效，進而影響機器人運作的可靠穩(wěn)定性。為了提高機器人運作的可靠穩(wěn)定 性，對各機器人手臂的損傷程度及剩余壽命進行實時監(jiān)控尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對已有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝方 便，操作簡單，能實時自動監(jiān)測機器人手臂損傷和壽命的機器人手臂應(yīng)變測試數(shù)據(jù)處理方 法。
[0004] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)以上目的的。
[0005] 本發(fā)明的一種機器人手臂應(yīng)變測試數(shù)據(jù)處理方法，它由應(yīng)變片1，應(yīng)變采集器2， 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3、裝在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3內(nèi)的峰谷預(yù)處理器4和改進的雨流計數(shù)器5,損傷與 壽命計算器6,顯示器7和報警器8并依次連接組成的測試裝置，其數(shù)據(jù)處理方法的步驟如 下： (1) 、貼應(yīng)變片 在被測試的機器人手臂的應(yīng)力（或疲勞損傷）集中部位上貼上應(yīng)變片1，應(yīng)變采集器2 通過應(yīng)變片1以一定的時間間隔連續(xù)獲得貼片部位的應(yīng)變大小，并將其轉(zhuǎn)換成應(yīng)力數(shù)值 信號，生成機器人手臂各應(yīng)力數(shù)值信號的數(shù)據(jù)文件，輸入到含有峰谷預(yù)處理器4和改進的 雨流計數(shù)器5的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3 ; (2)、峰谷預(yù)處理 以一定的時間間隔采集機器人手臂各應(yīng)力數(shù)值信號的數(shù)據(jù)，將采集到的隨時間變化的 應(yīng)力數(shù)據(jù)點連成應(yīng)力-時間歷程曲線，去掉相鄰峰谷點間的中間點，保留峰谷點，得到 包含峰谷點的隨時間變化的應(yīng)力-時間歷程曲線； (3)、采用改進的雨流計數(shù)器5對封閉歷程曲線進行應(yīng)力循環(huán)統(tǒng)計 在應(yīng)力-時間坐標(biāo)系中，將保留峰谷點的應(yīng)力-時間歷程曲線以過曲線終止點的豎 直線為對稱軸，鏡像原應(yīng)力-時間歷程曲線，得到對稱應(yīng)力-時間歷程曲線，并以對稱應(yīng) 力-時間歷程曲線最小應(yīng)力值點為分割點，將對稱應(yīng)力-時間歷程曲線分為左、右兩段應(yīng) 力-時間歷程曲線，將左、右兩段應(yīng)力-時間歷程曲線的位置互換，得到起始點應(yīng)力值與終 止點應(yīng)力值，其應(yīng)力值相等且均為最小應(yīng)力值的封閉歷程曲線， 采用改進的雨流計數(shù)器5對封閉歷程曲線進行應(yīng)力循環(huán)統(tǒng)計，得到每一應(yīng)力循環(huán)的 應(yīng)力均值ση、應(yīng)力幅值oa和循環(huán)次數(shù)n，根據(jù)得到的應(yīng)力均值σn、應(yīng)力幅值oa和循環(huán) 次數(shù)η計算出等效對稱循環(huán)應(yīng)力〇和有效應(yīng)力循環(huán)次數(shù)η'，其計算式如下：
式中：為第i次等效對稱循環(huán)應(yīng)力值，。/為計算應(yīng)力幅值，。"/為計算應(yīng)力均 值，〇b'為計算強度極限值，[n]為設(shè)計安全系數(shù)； (4)、損傷計算 根據(jù)材料S-N曲線表達式，采用損傷與壽命計算器6,計算第i次的損傷值：
式中：a和b為待定系數(shù)，隊為第i次的疲勞壽命值，Di為第i次的損傷值； (5)、損傷累積計算 采用損傷與壽命計算器6計算損傷累積值，其計算式為： D=ΣD, 式中：D為損傷累積值， 當(dāng)D=1時，剩余壽命減少到零，更換或修復(fù)機器人手臂。
[0006] 本發(fā)明的一種機器人手臂應(yīng)變測試數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)點是：該方法中監(jiān)測裝置 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，數(shù)據(jù)處理方法先進，精度高，能自動顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果，操作簡單，直接 安裝在機器人手臂上，實時自動監(jiān)控和自動報警。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明的一種機器人手臂應(yīng)變測試數(shù)據(jù)處理方法的流程圖。
[0008] 圖2是一段應(yīng)力隨時間變化的應(yīng)力-時間歷程曲線圖。
[0009] 圖3是峰谷預(yù)處理后的應(yīng)力-時間歷程曲線圖。
[0010] 圖4是鏡像處理后的應(yīng)力-時間歷程曲線圖。
[0011] 圖5是分割處理后的封閉時間-歷程歷程曲線圖。
[0012] 圖6是分解封閉時間-歷程歷程曲線圖成單峰循環(huán)區(qū)間示意圖。
[0013] 圖中，1、應(yīng)變片，2、應(yīng)變采集器，3、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，4、峰谷預(yù)處理器，5、改進 的雨流計數(shù)器，6、損傷與壽命計算器，7、顯示器，8、報警器。
【具體實施方式】
[0014] 由圖1可見，本發(fā)明的一種機器人手臂應(yīng)變測試數(shù)據(jù)處理方法，由應(yīng)變片1，應(yīng) 變采集器2，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3，裝在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3內(nèi)的峰谷預(yù)處理器4和改進的雨流計 數(shù)器5,損傷與壽命計算器6,顯示器7,報警器8并依次連接組成測試裝置，其所述方法 的步驟如下： (1) 、貼應(yīng)變片 應(yīng)變片1貼在被檢機器人手臂的應(yīng)力（或疲勞損傷）集中部位上，應(yīng)變采集器2通過 應(yīng)變片1以一定的時間間隔(如每過〇. 01秒將測到的值保存起來，10秒鐘內(nèi)將有1000個 按時間順序排列的測試的數(shù)據(jù)）連續(xù)獲得貼片部位的應(yīng)變大小，并將其轉(zhuǎn)換成應(yīng)力數(shù)值信 號，生成機器人手臂各應(yīng)力數(shù)值信號的數(shù)據(jù)文件，輸入到含有峰谷預(yù)處理器4和改進的雨 流計數(shù)器5的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3 ; (2) 、峰谷預(yù)處理 將以一定的時間間隔采集的應(yīng)力數(shù)據(jù)點（如10秒內(nèi)測得并轉(zhuǎn)換而得的1000個隨時間 變化的應(yīng)力數(shù)據(jù)點）連成應(yīng)力-時間歷程曲線，采用峰谷預(yù)處理器4將隨時間變化的應(yīng) 力-時間歷程曲線圖(如圖2所示沖去掉相鄰峰谷點間的中間點，保留峰谷點，得到包含 峰谷點的隨時間變化的應(yīng)力-時間歷程曲線圖(如圖3所示）； (3) 、采用改進的雨流計數(shù)器5對封閉歷程曲線進行應(yīng)力循環(huán)統(tǒng)計 在應(yīng)力-時間坐標(biāo)系中，將保留峰谷點的應(yīng)力-時間歷程曲線以過曲線終止點的豎直 線為對稱軸，鏡像原應(yīng)力-時間歷程曲線，得到對稱的應(yīng)力-時間歷程曲線圖（如圖4所 示)，并以對稱的應(yīng)力-時間歷程曲線最小應(yīng)力值點為分割點，將對稱應(yīng)力-時間歷程曲線 分割為左、右兩段應(yīng)力-時間歷程曲線，將左、右兩段應(yīng)力-時間歷程曲線互換位置，得到 起始點應(yīng)力值與終止點