CN108145748A - 服务机器人的远程维护保养控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种服务机器人的远程维护保养控制方法，本方法通过机械臂末端机构对螺丝松紧度进行旋转施力操作、对钢丝绳进行拉紧施力操作、对皮带进行拉紧施力操作；机械臂的施力操作采用笛卡尔空间力操作公式统一描述，根据期望位置信息将机械臂末端运动到能够卡住螺丝、夹持钢丝绳或皮带的位置，并对螺丝、钢丝绳或皮带施力操作；得到机械臂输出力或输出力矩；检测机械臂输出力或输出力矩平衡时机械臂末端的移动距离；判断移动距离是否大于设定值，如大于则判定故障并上传至服务器；服务器向服务机器人下发修复指令，通过机械臂末端机构自行修复。本方法实现服务机器人自我维护，有效提高状态检测可靠性，降低状态检测成本，提高维护保养效率。

Description

服务机器人的远程维护保养控制方法

技术领域

本发明涉及一种服务机器人的远程维护保养控制方法。

背景技术

众所周知，大多机器人的一个重要执行部件就是机械臂，一般机械臂采用电缆供电并传输位置或者速度信号，机械臂通常采用钢丝绳、皮带或者齿轮进行动力传递。在工业机器人使用的场合，工厂会定期给使用中的机器人进行检修测试与保养，从而保证机器人的运动精度等各项性能的完好。如FANUC机器人的保养周期可以分为日常、三个月、六个月、一年、三年等，由于工业机器人工作时间具有一定的规律性，并且工业机器人一般集中在工厂，适合集中性保养，因此目前业内接受这种人工保养方式。

最近几年，服务机器人的发展如火如荼，服务机器人是当今前沿高技术研究最活跃的领域之一。按照国际机器人权威机构的定义，服务机器人是指除从事工业生产以外的一大类半自主或全自主工作的机器人。可以看出服务机器人对自身的自主性要求更高，比如家庭服务机器人。

家庭服务机器人一般全天候陪伴主人，并且不具有工业机器人使用集中性的特点，因此不方便采用工业机器人那种人工集中维修保养的方式。但是服务机器人比工业机器人更需要安全性，即对于部件故障的容忍度更加严格，因此对于服务机器人的保养就必须是一个需要重视的问题。

通常针对双臂或者单臂机器人的自身状态包括但不限于线缆状况、外壳破损状况、接头松紧度、螺丝松紧度、钢丝松紧度、皮带松紧度、自动位置精准度、抱闸是否有效等。

对于线缆状况、外壳破损状况、接头松紧度的状态检测，现有技术通常采用固定角度位置拍摄图片比对正常图片进行检测。

对于自动位置精准度、抱闸是否有效的状态检测，中国专利申请CN 104089790A公开了一种针对工业机器人自我检测的方法，其在机器人机械臂和基座上分别安装振动传感器，机器人在自检过程中控制器控制机械臂以特定加速度和轨迹通过测量点，控制器将测量点当前的加速度和振动传感器测量的振动量记录下来，综合分析加速度、机械臂振动量、基座振动量并与历史数据比较，就可以判断机器人在相同条件下的振动变化过程，实现自动位置精准度、抱闸是否有效的状态检测。

对于螺丝松紧度、钢丝松紧度、皮带松紧度的状态检测，目前比较通用的做法是用力传感器来进行力的测量，比如各种应变片传感器或扭力传感器等，但其可靠性较差，提高了结构的复杂性，增加了状态检测的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种服务机器人的远程维护保养控制方法，本方法采用与现有技术完全不同的方式，实现服务机器人的自我维护，有效提高状态检测的可靠性，降低状态检测成本，提高维护保养效率。

为解决上述技术问题，本发明服务机器人的远程维护保养控制方法包括如下步骤：

步骤一、服务机器人通过控制器控制机械臂进行施力操作，机械臂采用不同的末端机构对螺丝松紧度进行旋转施力操作、对钢丝绳进行拉紧施力操作、对皮带进行拉紧施力操作；

步骤二、机械臂的施力操作采用笛卡尔空间力操作公式统一描述，

式（1）

式（2）

其中：u为笛卡尔空间力或力矩的矩阵，为笛卡尔空间重力补偿矩阵，为刚度系数，为阻尼系数，是笛卡尔空间的期望位置与实际位置偏差，是笛卡尔空间的期望速度与实际速度偏差，为机械臂对外静力输出的力或力矩，是雅克比矩阵转置的逆，是机械臂关节力矩矩阵；

步骤三、应用公式1并结合确定的期望位置信息，将机械臂末端运动到能够卡住螺丝、夹持钢丝绳或皮带的位置，并对螺丝、钢丝绳或皮带施力操作；

步骤四、运用公式2，得到确定的机械臂输出力或输出力矩，检测机械臂输出力或输出力矩平衡时机械臂末端的移动距离；

步骤五、设定螺丝松紧度、钢丝绳松紧度、皮带松紧度正常状态时机械臂末端的移动距离，当时，判定螺丝松紧度、钢丝绳松紧度、皮带松紧度故障，并将故障信息通过网络上传至服务器；

步骤六、服务器向服务机器人下发修复指令，通过机械臂末端机构自行拧紧螺丝，通过机械臂钢丝绳和皮带的张紧机构自行调整钢丝绳松紧度和皮带松紧度。

进一步，所述机械臂末端对钢丝绳或皮带施力操作时采用检测钩固定于钢丝绳或皮带上，然后垂直于钢丝绳或皮带施力操作。

由于本发明服务机器人的远程维护保养控制方法采用了上述技术方案，即本方法由服务机器人通过控制器控制机械臂进行施力操作，机械臂采用不同的末端机构对螺丝松紧度进行旋转施力操作、对钢丝绳进行拉紧施力操作、对皮带进行拉紧施力操作；机械臂的施力操作采用笛卡尔空间力操作公式统一描述，根据期望位置信息将机械臂末端运动到能够卡住螺丝、夹持钢丝绳或皮带的位置，并对螺丝、钢丝绳或皮带施力操作；得到机械臂输出力或输出力矩；检测机械臂输出力或输出力矩平衡时机械臂末端的移动距离；判断移动距离是否大于设定值，如大于则判定螺丝松紧度、钢丝绳松紧度、皮带松紧度故障，并将故障信息通过网络上传至服务器；服务器向服务机器人下发修复指令，通过机械臂末端机构自行拧紧螺丝，通过机械臂钢丝绳和皮带的张紧机构自行调整钢丝绳松紧度和皮带松紧度。本方法采用与现有技术完全不同的方式，实现服务机器人的自我维护，有效提高状态检测的可靠性，降低状态检测成本，提高维护保养效率。

具体实施方式

本发明服务机器人的远程维护保养控制方法包括如下步骤：

步骤一、服务机器人通过控制器控制机械臂进行施力操作，机械臂采用不同的末端机构对螺丝松紧度进行旋转施力操作、对钢丝绳进行拉紧施力操作、对皮带进行拉紧施力操作；

步骤二、机械臂的施力操作采用笛卡尔空间力操作公式统一描述，

式（1）

式（2）

其中：u为笛卡尔空间力或力矩的矩阵，为笛卡尔空间重力补偿矩阵，为刚度系数，为阻尼系数，是笛卡尔空间的期望位置与实际位置偏差，是笛卡尔空间的期望速度与实际速度偏差，为机械臂对外静力输出的力或力矩，是雅克比矩阵转置的逆，是机械臂关节力矩矩阵；

步骤三、应用公式1并结合确定的期望位置信息，将机械臂末端运动到能够卡住螺丝、夹持钢丝绳或皮带的位置，并对螺丝、钢丝绳或皮带施力操作；

步骤四、运用公式2，得到确定的机械臂输出力或输出力矩，检测机械臂输出力或输出力矩平衡时机械臂末端的移动距离；

步骤五、设定螺丝松紧度、钢丝绳松紧度、皮带松紧度正常状态时机械臂末端的移动距离，当时，判定螺丝松紧度、钢丝绳松紧度、皮带松紧度故障，并将故障信息通过网络上传至服务器；

步骤六、服务器向服务机器人下发修复指令，通过机械臂末端机构自行拧紧螺丝，通过机械臂钢丝绳和皮带的张紧机构自行调整钢丝绳松紧度和皮带松紧度。

优选的，所述机械臂末端对钢丝绳或皮带施力操作时采用检测钩固定于钢丝绳或皮带上，然后垂直于钢丝绳或皮带施力操作。

本方法应用时，假定第一机械臂给第二机械臂做力检测，那么首先第一机械臂移动到特定的位置，此位置能够保证第一机械臂的末端挂载在需要检测的位置，然后将一定的力矩加载在需要检测的第二机械臂的部位。例如将相应的工具比如螺丝刀或者任何可以固定螺丝的末端执行器，将一个特定大小的力矩加载在第二机械臂的某个螺丝上。

在正常情况下，螺丝是拧紧的状态，那么可以向螺丝输出一个大小为的扭矩，而螺丝在的扭矩下不会发生旋转。

如果第一机械臂各关节编码器经过计算，发现第一机械臂的末端发生了大于的位移，则判定第二机械臂相关部位的螺丝发生了松动。

根据上述检测结果，服务机器人可以自行将螺丝拧紧，并将结论上传至网络服务器。

同样，如果第一机械臂给第二机械臂做钢丝绳或者皮带的松紧测试，那么第一机械臂末端使用相应的工具，例如检测钩，将检测钩或者其他末端执行器固定在钢丝绳或者皮带上，然后垂直于钢丝绳或者皮带施加一定的力，检测第一机械臂末端的位置变化量，当位置变化量大于设定值时则判定钢丝绳或者皮带发生松动，服务机器人将检测结论上传至网络服务器，网络服务器下发指令指挥服务机器人自行调整张紧机构。并可再次进行检测，当服务机器人经多次检测仍然无法解决问题时，可派遣维护工程师上门解决问题。

本方法利用机械臂对自身性能进行检测，从而判断自身状态是否正常，根据判断结果通过网络上传至服务器，可由后台技术支持人员或者服务机器人智能进行判断，如果故障比较容易解决则由服务机器人自我修复，如果故障较难排除则采用人工上门检修的方式对服务机器人进行合理的维护检修，从而减少上门维护的次数，降低维护成本，并且提高机器人产品体验。

Claims (2)

1.一种服务机器人的远程维护保养控制方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、服务机器人通过控制器控制机械臂进行施力操作，机械臂采用不同的末端机构对螺丝松紧度进行旋转施力操作、对钢丝绳进行拉紧施力操作、对皮带进行拉紧施力操作；

步骤二、机械臂的施力操作采用笛卡尔空间力操作公式统一描述，

式（1）

式（2）

其中：u为笛卡尔空间力或力矩的矩阵，为笛卡尔空间重力补偿矩阵，为刚度系数，为阻尼系数，是笛卡尔空间的期望位置与实际位置偏差，是笛卡尔空间的期望速度与实际速度偏差，为机械臂对外静力输出的力或力矩，是雅克比矩阵转置的逆，是机械臂关节力矩矩阵；

步骤三、应用公式1并结合确定的期望位置信息，将机械臂末端运动到能够卡住螺丝、夹持钢丝绳或皮带的位置，并对螺丝、钢丝绳或皮带施力操作；

步骤四、运用公式2，得到确定的机械臂输出力或输出力矩，检测机械臂输出力或输出力矩平衡时机械臂末端的移动距离；

步骤五、设定螺丝松紧度、钢丝绳松紧度、皮带松紧度正常状态时机械臂末端的移动距离，当时，判定螺丝松紧度、钢丝绳松紧度、皮带松紧度故障，并将故障信息通过网络上传至服务器；

步骤六、服务器向服务机器人下发修复指令，通过机械臂末端机构自行拧紧螺丝，通过机械臂钢丝绳和皮带的张紧机构自行调整钢丝绳松紧度和皮带松紧度。

2.根据权利要求1所述的服务机器人的远程维护保养控制方法，其特征在于：所述机械臂末端对钢丝绳或皮带施力操作时采用检测钩固定于钢丝绳或皮带上，然后垂直于钢丝绳或皮带施力操作。