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随着现代工业自动化技术的不断发展,制造集成化与自动化速度越来越快,工业机器人将发挥越来越重要的角色。本文的研究对象是MOTOMAN-HP20型工业机器人,全文围绕机器人监控系统的设计和机械手臂疲劳寿命预测两部分内容开展研究。本文第一部分是六自由度工业机器人监控系统的设计,该系统是利用组态监控软件Win CC作为上位机,以OPC方式对机器人的相关参数采集处理,最终将机器人的实时参数信息显示在上位机上。首先,将上位机软件Win CC作为服务器添加OPC驱动程序,通过OPC的方式连接到机器人控制器PLC上,采集机器人末端位置姿态信息。然后,MATLAB解出运动学逆解并返回给OPC服务器,以便在上位机上显示机器人的夹角等信息。由于机器人运动学求解在Win CC中实现起来比较困难,所以引入MATLAB软件。根据机器人的运动学逆解,可解得到机器人关节夹角信息;同时,利用MATLAB中的Robotics Tool工具箱函数,实时画出机器人的三维模型。接着将MATLAB文件转换成*.exe可执行文件,嵌入到监控系统中,实现可视化监控。最后,在Win CC组态软件中利用C脚本程序完成机器人监控系统的设计。监控系统包括位姿和夹角信息的显示、位置分量趋势图的显示、监控系统中实时数据和历史数据过程值的归档、警报系统的显示等功能。该系统通过OPC的通讯方式将PLC、Win CC和MATLAB三者有效的统一起来,从而实现了机器人监控系统中各模块之间的通信。第二部分是机器人手臂疲劳预测方面。本文的设计方案先对机器人小臂的在Pro/e中建立三维模型,并对该模型进行简化以便有利于后续的有限元分析。然后,将模型导入有限元软ANSYS中,经过材料属性设定、划分网格、加载约束和后处理等步骤,求得机器人小臂的应力分布结果。最后,根据材料的S-N曲线,结合应力结果,利用ANSYS中的Fatigue模块对机器人小臂进行了疲劳寿命预测。得出机械手臂的最小寿命为4.6×10~5次,发生在与大臂连接的关节处。