CN105631577B - 机器人的数据传输方法、分析和预测报告方法以及系统 - Google Patents

Abstract

一种机器人的数据传输方法、分析和预测报告方法以及系统。其中，机器人数据传输方法包括以下步骤：从多机器人生产设备中的多个机器人中的每一个实时地采集数据。然后实时地将从各个机器人的控制器采集的数据传输至第一数据收集设备。在第一数据收集设备中使用多区段排队机制缓存所述数据。所述排队机制被配置有保留策略。随后基于第一数据收集设备的排队机制的保留策略将所述数据传输至第二数据收集设备。第二数据采集设备分析数据并且确定是否需要维护或者优化任何一个机器人。

Description

机器人的数据传输方法、分析和预测报告方法以及系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年11月26日提交的美国专利申请第62/084,899号的优先权的权益以及于2015年11月25日提交的美国专利申请第14/951,557号的优先权的权益，通过引用将其阐述的全部内容结合于本文中。

技术领域

本发明涉及用来诊断机器人状态的系统和方法以将多机器人生产设备的故障停机时间减至最小。

背景技术

现代的制造设备通常使用各种机器人使生产过程自动化。机器人以单元的形式布置，其中，数个机器人执行相同的过程。例如，各机器人可都被配置为执行同样的工件上的焊接过程。可替代地，可将各机器人用在线路组装上，其中，各个机器人在生产工序中执行不同的步骤。

尽管机器人可以有效地使效率最大化，但是它们也有缺点。与人类不同，当遇到问题时机器人通常不能够进行交流。例如，基于变化的操作条件在没有警告的一段时间之后，机器人的轴承和译码器可能会失效，诸如行驶距离，温度和负载状态。

在标准运行条件下，可在规定的时间间隔内设定维护周期。然而，当运行条件高于标准时，被规定设定的时间间隔可能会过多，导致部件被过早地替换，并且增大了不必要的维护费用。

可替代地，当运行条件高于标准时，规定设定的时间间隔可能会不够。在这种情况下，机器人可能会在设定的维护周期前遇到意想不到的问题。由于各种原因在大量生产设备的情况下，意想不到的故障是有其成问题的。

首先，生产设备通常试图将存于仓库的备件的数量最小化以减小费用。因此，通常必须安排好替换件。是机器人的情况下，替换件可能具有很长的交付时间，导致机器人持续不能运行的周期时间延长。

另外，通常提前几天或者几周计划生产时间表，其中，期望在设备生产中的各个机器人输出预定的工作量。一个机器人的意想不到的故障停机时间对于整个设备生产有消极的影响，因为不能运行的机器人的下游的制造过程可能会缺乏期望的工件。结果是，生产会落后于预定计划。

因此，在技术中需要存在用于提前确定机器人的必要的维护和优化的系统和方法以用来计划和最小化故障停机时间，延长机器人的机械寿命，并且减小维护费用。

发明内容

与本发明协调和一致，惊喜地发现了用于预先确定机器人的维护和优化的系统和方法。

在第一个实施方式中，机器人数据传输方法包括以下步骤：从多个机器人中的每一个实时地采集数据。然后实时地将从多个机器人采集的数据从各个机器人的控制器传输至第一数据采集设备。在第一数据采集设备中，在第一数据采集设备中使用多区段排队机制缓存所述数据；排队机制被配置有保留策略。基于第一数据采集设备的排队机制的保留策略将所述数据传输至第二数据采集设备。

在另一个实施方式中，机器人分析和预测报告的方法包括如下步骤：在第一数据采集设备中采集数据。将所述数据传输至第二数据采集设备并且在所述第二数据采集设备中存储所述数据，所述第二数据采集设备可以远离所述第一数据采集设备或者位于所述第一数据采集设备上。在所述第二数据采集设备中分析所述数据并且生成报告。其中，所述报告是基于所述数据的分析。在报告中识别关于控制器的参数改变、异常或者故障的判定；并且将报告分发给至少一个接收器。

此外在另一个实施方式中，机器人的分析和优化报告系统包括：至少一个具有可编程控制器的机器人；该机器人的控制器被配置为从机器人采集动态数据。第一数据采集设备，与机器人的控制器进行实时通信，并且被配置为从控制器接收动态数据。第一数据采集设备被配置为将动态数据缓存一段时间。系统进一步包括第二数据采集设备，与第一数据采集设备进行通信。所述第二数据采集设备被配置为从所述第一数据采集设备接收和分析动态数据；以及接收器，与第二数据采集设备进行通信。

附图说明

由以下具体实施方式，尤其是当鉴于本文中描述的附图考虑时，本发明的上述以及其他优点对于本领域技术人员将变得显而易见。

图1是根据本公开的第一个实施方式的系统的示意图；

图2是根据本公开的第二个实施方式的系统的示意图；

图3是根据本公开的第三个实施方式的系统的示意图；

图4是根据本公开的一个实施方式的用于诊断机器人状态的方法的示意性框图。

具体实施方式

以下详细的说明以及附图将描述并示出本发明的各种实施方式。该说明和附图用来使本领域技术人员能够制造和使用本发明，而并非旨在以任何方式限制本发明的范围。

如图1-图3所示，用于最小化停机时间的系统10包括至少一个机器人12。在所示实施方式中，系统10包括多个机器人12。每个机器人12包括：多轴机器人臂14，被配置为对工件(workpiece)执行动作，例如切割、焊接或操纵。

机器人12包括至少一个可编程控制器16，该可编程控制器具有用于存储多个类型的数据的存储器存储设备。如本文中使用的，“控制器”被限定为包括计算机处理器，该计算机处理器被配置为执行以存储在存储器存储设备上的指令的形式的软件或软件程序。存储设备可以是任何合适的存储器类型或者其组合。并且如此处使用的，“存储设备”被限定为包括非易失性和有形计算机可读存储介质，其上可存储软件或软件程序、以及数据组、表、算法以及其他信息。为了执行软件或软件程序的目的，控制器16可以与存储器存储设备电通信。

控制器16可以包括用户界面20，该用户界面用于允许用户将数据或程序输入至控制器16中，或者访问存储在其中的数据。用户界面20可以包括用于向用户显示信息的显示器。

控制器16可以是机器人控制器16，其中在这种情况下，控制器16耦接至机器人12用于主动执行各种动作。应理解的是，本发明不限于机器人控制器16。作为非限制性实例，控制器16可以是被动控制器16，诸如监测设备，该监测设备监测机器人12的预定条件。

机器人12上的多个传感器22基于预定条件从机器人臂14采集动态数据。传感器22例如可以包括：里程计，用于测量机器人臂关节行进距离和方向；温度计，用于测量关节运行温度；以及测力元件，用于测量关节上的运行负载。传感器22与控制器16通信，其中控制器16实时采集来自传感器22的动态数据。

系统10可以进一步包括与可编程控制器16实时通信的第一数据采集设备24。如图1和图3所示，第一数据采集设备24可以是位于控制器16以外的物理磁盘，其中第一数据采集设备24经由功能网络26与多个控制器16通信。在系统10的可替换的实施方式中，第一数据采集设备24可以是结合在每个机器人12的控制器16的存储器存储设备中的逻辑或虚拟磁盘，如图2所示。

功能网络26可以是可编程控制器16的局域网或广域网或者可以是控制器16和第一数据采集设备24之间的直接链接。此外，功能网络26可以包括无线通信能力，诸如Wi-Fi、蓝牙或蜂窝数据网络。

第一数据采集设备24包括多区段排队机制，该机制具有多个按优先次序排出的区段。例如，排队机制可具有高优先级区段和低优先级区段。排队机制包括数据保留策略，并且被配置为基于事件、优先级、持续时间、大小、传输速度、数据转换中的至少一个缓存数据以优化吞吐量，或者数据存储要求。

至少一个第二数据采集设备28可以经由功能网络26与第一数据采集设备24通信。第二数据采集设备28可以是网络服务器，该网络服务器被配置为处理从第一数据采集设备24接收的动态数据。如图1和图2所示，第二数据采集设备28可以是经由功能网络26连接至第一数据采集设备24的独立的网络服务器。第二数据采集设备28可以位于与第一数据采集设备24相同的空间或建筑中，或者可以位于完全不同的建筑中，该完全不同的建筑可能与第一数据采集设备24位于相同的地理上的附近地区或可能不与第一数据采集设备24位于相同的地理上的附近地区。

如图3所示，可替换地，第二数据采集设备28可以形成在第一数据采集设备24上，其中整体形成的第一数据采集设备24和第二数据采集设备28形成经由功能网络26与多个控制器16中的每个通信的数据采集单元30。

第二数据采集设备28被配置为分析从第一数据采集设备24接收的动态数据，并且确定何时需要维护或优化系统10的具体机器人12。维护可以包括基于由第二数据采集设备28确定的异常或故障修复或替换机器人12的特定部件。优化可以包括改变控制器16的参数以最大化机器人12的效率。

系统10进一步包括经由功能网络26与第一数据采集设备24和第二数据采集设备28中的至少一个通信的接收器32。在所示实施方式中，接收器32包括智能设备，诸如蜂窝电话或平板电脑，以及网络终端，诸如个人计算机。然而，接收器32可以是能够从第二数据采集设备28接收经分析的动态数据的任何设备，例如第二服务器、应用软件、网络浏览器、电子邮件以及机器人教学设备。可替换地，接收器32可以是直接从第二数据采集设备28接收打印输出的人。

使用中，如图4所示，每个机器人12的传感器22在操作期间测量动态数据，包括关节行进距离、部件运行负载、部件运行温度、部件高速紧急停止、关节反向行进状况以及与机器人的运行有关的其他动态数据。

由传感器22测量的动态数据随后由控制器16采集并且由第一数据采集设备24传输或提取。

动态数据基于优先级缓存于第一数据采集设备24的区段中的至少一个，其中较高优先级的动态数据在较高优先级区段中被缓存，并且较低优先级的动态数据在较低优先级的区段中缓存。应理解的是，排队机制可以包括任意数量的按优先次序排出的区段，在其中可以缓存相应的动态数据。

动态数据基于排队机制的保留策略保留在排队机制的按优先次序排出的区段中。保留策略基于触发事件、优先级、持续时间、大小、传输速度、数据转换中的至少一个保留和按优先次序排出动态数据以优化吞吐量，或数据存储要求。

当发生触发事件时，动态数据从第一数据采集设备24传输至第二数据采集设备28。触发事件可以从控制器16或外部触发设备接收。可替换地，事件可以由第一数据采集设备24内部地触发。在一个实施方式中，存储在第一数据采集设备24中的全部动态数据可以在触发事件发生时传输至第二数据采集设备28。可替换地，当发生触发事件时，第一数据采集设备24可以中断较低优先级动态数据的传输，并且开始将较高优先级的动态数据传输至第二数据采集设备28。

随后分析由第二数据采集设备28接收的动态数据以确定是否需要维护或优化机器人12。对维护或优化的确定是基于每个类型的动态数据的考虑因素。例如，第二数据采集设备28可以评估行进距离、温度、高速紧急停止、关节反向行进状况、以及其他动态数据来确定是否需要维护或优化多个机器人12中的任意一个。更具体地，在机器人12的运行条件被确定为在比标准运行条件更好或更差的情况下，维护周期之间的间隔可以分别增加或减少。例如，高温、高速紧急停止以及关节反向行进状况的出现可以是减少维护周期之间的间隔的因素。

如果第二数据采集设备28没有确定需要维护或优化，则可以继续重复数据采集和分析过程。可替换地，如果第二数据采集设备28确定机器人12中的任意一个需要维护或优化，则第二数据采集设备28可以生成包括经分析的动态数据的读数的报告。报告包括与检测故障前条件和最小化系统10停机时间有关的信息，包括运动和机械状态、工艺状态、系统状态和维护通知。

报告可以包括与系统10中的具体机器人12有关的特定信息。报告可以包括维护或优化通知，该通知确定机器人12的需要替换的特定部件，诸如轴承、编码器或控制器。报告还可以提供与接近需要维护或优化的机器人12有关的预测，允许接收器32基于预期的停机时间优化未来的生产计划。

当报告包括维护或优化通知时，通知被提供至接收器32中的至少一个使得可以开始维护措施。通知由接收器32接收并向用户显示，使得用户可以开始维护措施，诸如创建工作指令或为机器人12调度停机时间。

可替换地，第二数据采集设备28可被配置为自动开始维护措施。当第二数据采集设备28确定机器人12中的任意一个需要维护时，第二数据采集设备28可以在没有来自用户的输入的情况下生成工作指令、命令替换部件或为机器人12调度停机时间。

本文中公开的系统10通过最小化停机时间有利地改善了制造工厂的效率。例如，通过采集、存储和分析与每个机器人12的运行条件有关的动态数据，维护周期之间的间隔可以对于每个单独的机器人12特别地调整。

在机器人12经受更坏的运行条件的情况下，维护周期之间的间隔可以比标准间隔更短，并且可以防止意外故障。通过基于动态数据调度维护周期，机器人12停机时间可以基于替换部件可用性调度，并且生产计划可以在接受减少的生产能力之前调整。

可替换地，当机器人12经受更好的运行条件时，维护周期之间的间隔可以比标准间隔更长，从而消除部件的不必要的替换，并且最小化维护成本。

虽然已经出于说明本发明的目的示出了一些代表性的实施方式和细节，但本领域的技术人员应该清楚，在不背离在以下所附权利要求中进一步进行说明的本公开的范围的前提下，可以进行各种改变。

Claims (16)

1.一种机器人数据传输方法，包括以下步骤：

从多个机器人中的每一个上的传感器实时地采集数据；

实时地将所述数据从各个所述机器人的控制器传输至第一数据采集设备；

使用具有保留策略的多区段排队机制在所述第一数据采集设备中缓存所述数据，其中，所述数据被根据所述保留策略保留以优化吞吐量或数据存储要求，所述保留策略基于触发事件、优先级、持续时间、大小、传输速度以及数据转换中的至少一个；

基于所述保留策略从所述第一数据采集设备传输所述数据至第二数据采集设备；并且

在所述第二数据采集设备中分析所述数据，

所述方法进一步包括：

从所述第二数据采集设备生成报告的步骤，其中，所述报告包括机械状态、工艺状态、系统状态和维护通知中的至少一个，并且

其中，所述数据包括关节行进距离、部件运行负载、部件运行温度、部件高速紧急停止和关节反向行进状况中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在第二数据采集设备中分析所述数据以确定所述机器人需要维护和优化的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一数据采集设备是在所述机器人的所述控制器中的逻辑设备。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一数据采集设备是在所述机器人的所述控制器的外部的物理存储装置。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二数据采集设备是网络服务器，所述网络服务器经由功能网络连接至所述第一数据采集设备。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二数据采集设备被设置位于所述第一数据采集设备上，所述第二数据采集设备直接与所述第一数据采集设备进行通信。

7.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：

将传输至所述第一数据采集设备的所述数据在能够保留数据的数据存储器中缓存一段时间；并且

所述第一数据采集设备将所述数据全部传输至所述第二数据采集设备以响应来自所述机器人的控制器或者外部设备的一个事件，以及响应在所述第一数据采集设备上的内部触发事件。

8.根据权利要求1所述的方法，包括如下步骤：

将传输至所述第一数据采集设备的所述数据在能够保留数据的数据存储器中缓存一段时间；

并且所述第一数据采集设备将所述数据排入按优先次序排列的区段中，以及中断低优先次序的区段的数据传输，并将所述数据从高优先次序的区段传输至所述第二数据采集设备或者服务器。

9.一种机器人分析和预测报告方法，包括如下步骤：

在第一数据采集设备中从多个机器人中的每一个上的传感器采集数据；

使用高优先级和低优先级排队区段和保留策略在所述第一数据采集设备中缓存所述数据，其中，所述数据被根据所述保留策略保留以优化吞吐量或数据存储要求，所述保留策略基于触发事件、优先级、持续时间、大小、传输速度以及数据转换中的至少一个；

基于所述保留策略，将所述数据从所述第一数据采集设备传输至第二数据采集设备并且在所述第二数据采集设备中存储所述数据，所述第二数据采集设备远离所述第一数据采集设备或者位于所述第一数据采集设备上；

在所述第二数据采集设备中分析所述数据；

从所述第二数据采集设备生成报告，所述报告是基于通过所述第二数据采集设备进行的所述数据的所述分析，其中，所述报告包括机械状态、工艺状态、系统状态和维护通知中的至少一个；

在所述报告中识别关于机器人的控制器的参数改变、异常或者故障的判定；并且

将所述报告分发给至少一个接收器，

其中，所述数据包括关节行进距离、部件运行负载、部件运行温度、部件高速紧急停止和关节反向行进状况中的至少一个。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述接收器是智能设备、服务器、应用软件、电子邮件、个人计算机和机器人教学设备中的至少一个。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括基于所述数据的所述分析生成工作指令的步骤。

12.一种机器人的分析和优化报告系统，包括：

至少一个机器人，所述机器人具有配置为从所述机器人上的传感器采集动态数据的可编程控制器；

第一数据采集设备，与所述至少一个机器人的所述控制器进行电气通信，所述第一数据采集设备被配置为从所述控制器接收所述动态数据，并且在多区段排队中将所述动态数据缓存一段时间，所述一段时间是通过保留策略确定的，其中，所述动态数据被根据所述保留策略保留以优化吞吐量或数据存储要求，所述保留策略基于触发事件、优先级、持续时间、大小、传输速度以及数据转换中的至少一个；

第二数据采集设备，与所述第一数据采集设备进行通信，所述第二数据采集设备被配置为从所述第一数据采集设备接收所述动态数据，并且分析所述动态数据；以及

接收器，与所述第二数据采集设备进行通信，以便接收所述动态数据的所述分析，

其中，从所述第二数据采集设备生成报告，其中，所述报告包括机械状态、工艺状态、系统状态和维护通知中的至少一个，并且

其中，所述动态数据包括关节行进距离、部件运行负载、部件运行温度、部件高速紧急停止和关节反向行进状况中的至少一个。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第一数据采集设备是在所述机器人的所述控制器的存储器中的逻辑设备。

14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第一数据采集设备是物理存储盘，与所述控制器分离地形成。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，各个所述控制器、所述第一数据采集设备、所述第二数据采集设备和所述接收器与功能网络进行通信。

16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述第二数据采集设备形成在所述第一数据采集设备上。

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