1、機(jī)器人系統(tǒng)組成
故障樹分析是可靠性工程中的一項(xiàng)重要工作，是量化評(píng)估系統(tǒng)可靠性、安全性的重要手段。企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的機(jī)器人設(shè)備由電源模塊、探測(cè)模塊、通信模塊、移動(dòng)控制模塊、計(jì)算模塊組成。由于機(jī)器人本身的復(fù)雜性以及各模塊間的耦合關(guān)系，移動(dòng)控制模塊的故障不僅跟控制系統(tǒng)本身組件有關(guān)，與通信模塊也有關(guān)，這里假設(shè)通信模塊正常，以控制系統(tǒng)異常作為頂事件進(jìn)行故障樹分析。
現(xiàn)要求使用故障樹分析工具進(jìn)行該機(jī)器人的控制模塊可靠性分析，一方面量化評(píng)估控制模塊的失效概率，以便做進(jìn)一步的改進(jìn)決策；另一方面進(jìn)行可用性仿真，判斷是否滿足使用要求。
2、機(jī)器人故障樹分析FTA
機(jī)器人控制系統(tǒng)出現(xiàn)控制失效時(shí)有三種情況：站立階段狀態(tài)異常，驅(qū)動(dòng)故障，控制單元故障，三者的故障邏輯關(guān)系為只要其中一個(gè)發(fā)生故障，則頂事件發(fā)生，所以建立故障樹時(shí)用或門。站立階段狀態(tài)異常分支往下分析，有兩種故障模式：關(guān)節(jié)角度有誤和報(bào)警聲長(zhǎng)鳴。再往下分析，報(bào)警聲長(zhǎng)鳴事件就得到了其根本原因，而關(guān)節(jié)角度有誤這一分支還有兩個(gè)“或”關(guān)系的中間事件，還需要繼續(xù)往下尋找才得到導(dǎo)致其的根本原因，即底事件。實(shí)際情況中，當(dāng)下肢助行外骨骼機(jī)器人處于站立階段，出現(xiàn)下肢沒有站直，即關(guān)節(jié)角度有誤，最有可能故障原因?yàn)殛P(guān)節(jié)處的磁感編碼器參數(shù)漂移。在站立階段，關(guān)節(jié)角度有誤的另一種故障現(xiàn)象為關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度偏差過(guò)大，已達(dá)到機(jī)械限位角度卻依然還有轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，出現(xiàn)此故障的原因一般為關(guān)節(jié)磁感編碼器信號(hào)線開路或失效。
使用PosVim的故障樹分析模塊(FTA)繪制控制系統(tǒng)故障樹模型，并對(duì)各基本事件的發(fā)生概率進(jìn)行量化，比如信號(hào)線開路的發(fā)生概率為1.3E-6。具體數(shù)據(jù)如下圖所示。定義好各基本事件后，可進(jìn)行頂事件發(fā)生概率計(jì)算、最小割集計(jì)算、重要度計(jì)算，并可進(jìn)行可用度仿真分析，輸出相應(yīng)的分析結(jié)果。
通過(guò)計(jì)算，機(jī)器人控制系統(tǒng)的故障發(fā)生概率為4.68E-5,最小割集都是1階，可用度仿真結(jié)果為0.99998，MTBF計(jì)算結(jié)果為3321小時(shí)。
