CN109465675B - 一种面向智能制造领域的移动式机床故障诊断机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向智能制造领域的移动式机床故障诊断机器人，包括可移动底盘、固定在可移动底盘上的底盘控制器、固定在可移动底盘上的机械手模块、用于控制机械手模块的位姿调整模块、固定在机械手模块上的信号采集器和传感器模块、云平台；传感器模块包括噪声传感器、温度传感器、位移传感器；噪声传感器、温度传感器、位移传感器分别与信号采集器信号连接，底盘控制器、位姿调整模块和信号采集器均与云平台通过WIFI信号连接。移动式机床故障诊断机器人可以替代人工对机床进行检测故障，收集机床故障信息，本发明结构简单，能够降低机床诊断成本的同时能够提高诊断效率，属于机床故障检测诊断的技术领域。

Description

一种面向智能制造领域的移动式机床故障诊断机器人

技术领域

本发明涉及机床故障检测诊断的技术领域，尤其涉及一种面向智能制造领域的移动式机床故障诊断机器人。

背景技术

现有的机床故障检测诊断技术中，各种用于故障信号检测的传感器，都是安装在机床上，在一个智能车间中，每一个机床上都要安装数量相同的传感器，不仅数量巨大，成本高，而且费时费力。同时，也存在传感器长期工作失灵而不能及时发现的风险，从而影响智能制造车间正常工作。智能制造车间常需要安排专人负责运行维护机床故障检测系统，或者在每个机床上安装若干个传感器监控机床的运行状态。在一些不适合工作人员频繁出入，或对环境质量要求较高的场合，例如化工车间、医药车间等，对机床故障诊断的难度非常大，需要投入大量的人力物力，效率非常低的同时造成诊断的成本非常高。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种面向智能制造领域的移动式机床故障诊断机器人，移动式机床故障诊断机器人可以自由移动到需要诊断的机床处，替代人工对机床进行故障诊断检测。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面向智能制造领域的移动式机床故障诊断机器人，包括可移动底盘、固定在可移动底盘上的底盘控制器、固定在可移动底盘上的机械手模块、用于控制机械手模块的位姿调整模块、固定在机械手模块上的信号采集器和传感器模块、云平台；传感器模块包括噪声传感器、温度传感器、位移传感器；噪声传感器、温度传感器、位移传感器分别与信号采集器信号连接，底盘控制器、位姿调整模块和信号采集器均与云平台通过WIFI信号连接，云平台发出命令，移动式机床故障诊断机器人移动到机床旁，调整传感器模块的位置对机床进行故障信息收集。

进一步的是：可移动底盘包括底板、固定在底板上的主动轮机构和底轮；主动轮机构包括固定架、固定在固定架上的车轮驱动组件、与车轮驱动组件连接的主动轮、固定在底板上的轴承座；固定架固定在底板上，主动轮的车轴穿过轴承座与车轮驱动组件的输出端连接，可移动底盘可以自由移动到需要故障诊断的机床旁。

进一步的是：车轮驱动组件包括固定在固定架上的电机、第一联轴器、通过第一联轴器与电机输出端固定连接的减速器、第二联轴器；减速器的输出端通过第二联轴器与主动轮的车轴连接，可以实现精准移动到需要故障诊断的机床旁。

进一步的是：主动轮机构有两个，底轮有一个，底轮和两个主动轮分别位于某个三角形的三个顶点上；以底板前进方向上看，两个主动轮分居底板中心的两侧，且底轮固定在底板下表面并位于底板的中心，增加了移动底盘移动过程中的稳定性，两个主动轮机构可以通过差速转动实现底盘的转向。

进一步的是：可移动底盘还包括固定在底板上的底盘控制器和电机驱动器；电机驱动器有两个，云平台与底盘控制器通过WIFI信号连接，底盘控制器与两个电机驱动器信号连接，两个电机驱动器分别与两个主动轮机构的电机信号连接，通过云平台实现可移动底盘的自动控制。

进一步的是：可移动底盘还包括外壳；位姿调整模块包括与云平台信号连接的位姿控制器，均与位姿控制器信号连接的第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器；机械手模块包括固定在外壳上的底座、转动式安装在底座上的第一转动盘、转动式安装在第一转动盘上的第二转动臂、转动式安装在第二转动臂上的第三转动臂、第一转动电机、第二转动电机、第三转动电机；第一转动电机固定在底座上且第一转动电机的输出端与第一转动盘连接，第二转动电机固定在第一转动盘上且第二转动电机的输出端与第二转动臂连接，第三转动电机固定在第二转动臂上且第三转动电机的输出端与第三转动臂连接，第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器分别与第一转动电机、第二转动电机、第三转动电机信号连接，通过位姿调整模块来控制机械手模块的转动，从而实现传感器模块的位姿调整。

进一步的是：移动式机床故障诊断机器人还包括固定在外壳上的支撑柱、固定在支撑柱上的支撑板、用于激光同时定位与地图构建的激光雷达；激光雷达固定在支撑板上且激光雷达与底盘控制器信号连接，激光雷达完成地图构建。

进一步的是：传感器模块还包括传感器支架；位移传感器包括位移传感器探头和位移传感器前置器；位移传感器前置器和信号采集器均固定在第三转动臂上，位移传感器探头、噪声传感器、温度传感器均固定在传感器支架上，传感器支架固定在第三转动臂的末端，通过噪声传感器、温度传感器、位移传感器来实现机床不同故障信息收集。

进一步的是：移动式机床故障诊断机器人还包括摄像头；摄像头与云平台通过WIFI信号连接，摄像头有两个，一个固定在第三转动臂上，另一个固定在支撑板上，摄像头拍摄机床整体和机床出现故障的地方的实时图像。

进一步的是：移动式机床故障诊断机器人还包括固定在外壳内顶部的电池架、固定在电池架上的供电电池，供电电池为移动式机床故障诊断机器人供电。

总的说来，本发明具有如下优点：

本移动式机床故障诊断机器人，可替代人工检测故障，收集机床故障信息。特别是对于一些不适合工作人员频繁出入，或对环境质量要求较高的场合，例如化工车间、医药车间等场所，机床设备出现故障时候往往会很难对故障进行诊断。本移动式机床故障诊断机器人可以通过激光雷达完成周围环境的定位与地图构建然后传送至底盘控制器，也可以利用云平台直接传送移动路径给底盘控制器，移动式机床故障诊断机器人在可移动底盘的带动下移动至需要检测的机床旁，利用机械手模块控制传感器模块来对机床快速进行故障信息收集。本移动式机床故障诊断机器人不仅可以单独对机床进行故障信息收集，同时也可以使用若干台移动式机床故障诊断机器人同时协同工作对机床进行故障信息收集，完成智能车间内机床的实时监控，快速故障诊断。使机床故障诊断成本降低，效率提高，同时，系统可靠性也大幅提高。

附图说明

图1是移动式机床故障诊断机器人的结构示意图。

图2是移动式机床故障诊断机器人的主视图。

图3是主动轮机构的结构示意图。

图4是底板、位姿调整模块、底盘控制器、电机驱动器的结构示意图。

图5是外壳、电池架、为供电电池的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：

1为移动底盘，2为机械手模块，3为位姿调整模块，4为信号采集器，5为传感器模块，6为支撑柱，7为支撑板，8为激光雷达，9为摄像头，10为电池架，11为供电电池，12为底板，13为主动轮机构，14为底轮，15为底盘控制器，16为电机驱动器，17为外壳，18为固定架，19为主动轮，20为轴承座，21为车轮驱动组件，22为电机，23为第一联轴器，24为减速器，25为第二联轴器，26为底座，27为第一转动盘，28为第二转动臂，29为第三转动臂，30为第一转动电机，31为第二转动电机，32为第三转动电机，33为位姿控制器，34为第一电机驱动器，35为第二电机驱动器，36为第三电机驱动器，37为噪声传感器，38为温度传感器，39为位移传感器，40为传感器支架，39-1为位移传感器探头，39-2为位移传感器前置器。

结合图1、图2所示，一种面向智能制造领域的移动式机床故障诊断机器人，包括可移动底盘、固定在可移动底盘上的底盘控制器、固定在可移动底盘上的机械手模块、用于控制机械手模块的位姿调整模块、固定在机械手模块上的信号采集器和传感器模块、云平台；可移动底盘可以带动机械手模块移动，机械手模块相当于三自由度机械手，可以调整信号采集器和传感器模块的位姿，位姿是指工业机器人末端操作器在指定坐标系中的位置和姿态。传感器模块包括噪声传感器、温度传感器、位移传感器；噪声传感器、温度传感器、位移传感器分别与信号采集器信号连接，位姿调整模块和信号采集器均与云平台通过WIFI信号连接。云平台可以发送指令给信号采集器，信号采集器发送指令给噪声传感器、温度传感器、位移传感器。噪声传感器、温度传感器、位移传感器接收到指令后开始分别进行噪声、温度、位移等故障信息收集。故障信息收集完成后，噪声传感器、温度传感器、位移传感器可以把各自检测到的数据传送至信号采集器，然后信号采集器把数据传送至云平台，最后利用云平台或者人工进行故障的分析。信号采集器上集成有WiFi模块，可以进行信号的接收和传送，WiFi模块属于现有技术。

结合图2、图3所示，可移动底盘包括底板、固定在底板上的主动轮机构和底轮；底盘呈圆形，主动轮机构包括固定架、固定在固定架上的车轮驱动组件、与车轮驱动组件连接的主动轮、固定在底板上的轴承座；固定架固定在底板上，主动轮的车轴穿过轴承座与车轮驱动组件的输出端连接。车轮驱动组件驱动车轮转动，从而带动移动式机床故障诊断机器人。

车轮驱动组件包括固定在固定架上的电机、第一联轴器、通过第一联轴器与电机输出端固定连接的减速器、第二联轴器；减速器的输出端通过第二联轴器与主动轮的车轴连接。电机通过第一联轴器带动减速器转动，减速器通过第二联轴器带动车轮转动，从而带动底板移动。

主动轮机构有两个，底轮有一个，底轮和两个主动轮分别位于某个三角形的三个顶点上；即底轮和两个主动轮相当于三个支点把底板支撑起来。以底板前进方向上看，两个主动轮分居底板中心的两侧，且底轮固定在底板下表面并位于底板的中心，相当于一个三轮车式的可移动底盘。

可移动底盘还包括固定在底板上的底盘控制器和电机驱动器；电机驱动器有两个，云平台与底盘控制器通过WIFI信号连接，底盘控制器与两个电机驱动器信号连接，两个电机驱动器分别与两个主动轮机构的电机信号连接。云平台向底盘控制器传送指令，底盘控制器向两个电机驱动器传送指令，两个电机驱动器分别控制两个电机转动，可移动底盘向指定的地点移动，两个电机驱动器控制不同的电机实现差速转动来控制移动的方向。底盘控制器上集成有WiFi模块，可以进行信号的接收和传送，WiFi模块属于现有技术。

结合图1、图4所示，可移动底盘还包括外壳；位姿调整模块包括与云平台信号连接的位姿控制器，均与位姿控制器信号连接的第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器；位姿控制器、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器均固定在底板上。机械手模块包括固定在外壳上的底座、转动式安装在底座上的第一转动盘、转动式安装在第一转动盘上的第二转动臂、转动式安装在第二转动臂上的第三转动臂、第一转动电机、第二转动电机、第三转动电机；第一转动电机固定在底座上且第一转动电机的输出端与第一转动盘连接，第二转动电机固定在第一转动盘上且第二转动电机的输出端与第二转动臂连接，第三转动电机固定在第二转动臂上且第三转动电机的输出端与第三转动臂连接，第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器分别与第一转动电机、第二转动电机、第三转动电机信号连接。云平台控制位姿控制器，位姿控制器控制第一电机驱动器，第一电机驱动器控制第一转动电机带动第一转动盘绕着底座转动(在水平面内转动)。云平台控制位姿控制器，位姿控制器控制第二电机驱动器，第二电机驱动器控制第二转动电机带动第二转动臂绕着第一转动盘转动(在底盘前进方向上看，前后转动)。云平台控制位姿控制器，位姿控制器控制第三电机驱动器，第三电机驱动器控制第三转动电机带动第三转动臂绕着第二转动臂转动(在底盘前进方向上看，上下转动)。位姿控制器上集成有WiFi模块，可以进行信号的接收和传送，WiFi模块属于现有技术。

结合图1、图2、图5所示，移动式机床故障诊断机器人还包括固定在外壳上的支撑柱、固定在支撑柱上的支撑板、用于激光同时定位与地图构建的激光雷达；激光雷达固定在支撑板上且激光雷达与底盘控制器信号连接。激光雷达可以360度扫描，把扫描到的数据传送至底盘控制器，底盘控制器经过地图构建算法，完成激光同时定位与地图构建(激光SLAM)，自主导航定位、规划路径功能。底盘控制器控制两个电机驱动器从而控制底盘按照规划好的路径移动，适用于路况复杂的场所。底盘控制器上集成有WiFi模块，可以进行信号的接收和传送，WiFi模块属于现有技术。

当已经有车间地图时，可不用激光雷达进行车间地图构建。云平台可以将车间地图传送给底盘控制器，然后进行路径规划，底盘控制器控制两个电机驱动器来驱动电机，从而控制底盘的移动。

传感器模块还包括传感器支架；位移传感器包括位移传感器探头和位移传感器前置器；位移传感器前置器和信号采集器均固定在第三转动臂上，位移传感器探头、噪声传感器、温度传感器均固定在传感器支架上，传感器支架固定在第三转动臂的末端。位移传感器前置器、位移传感器探头、噪声传感器、温度传感器均属于现有技术。

移动式机床故障诊断机器人还包括摄像头；摄像头与云平台信号连接，摄像头有两个，一个固定在第三转动臂上，另一个固定在支撑板上。支撑板的摄像头可以拍摄整个机床的情况，第三转动臂上的摄像头可以拍摄机床故障诊断具体部位的情况，然后把图像传送给云平台进行分析。

移动式机床故障诊断机器人还包括固定在外壳内顶部的电池架、固定在电池架上的供电电池。供电电池为整个移动式机床故障诊断机器人的运行供电。

本移动式机床故障诊断机器人的工作原理：启动移动式机床故障诊断机器人，云平台向底盘控制器传送移动路径，底盘控制器通过控制电机驱动器来驱动移动底盘向指定的机床移动，或者激光雷达对周围进行扫描完成激光同时定位与地图构建，然后扫描出来的地图传送至底盘控制器，底盘控制器通过控制电机驱动器来驱动移动底盘向指定的机床移动；当移动式机床故障诊断机器人移动到需要故障诊断的地点时，云平台传送指令到位姿调整模块，位姿调整模块控制机械手模块运动来调整固定在机械手模块上的传感器模块的位置；当传感器模块移动到需要诊断的位置时候，云平台传送指令给信号采集器，信号采集器控制噪声传感器、温度传感器、位移传感器对机床进行故障信息收集，故障信息收集完成后噪声传感器、温度传感器、位移传感器将诊断的数据反馈给信号采集器，最后信号采集器把数据传回到云平台，云平台完成故障分析。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种面向智能制造领域的移动式机床故障诊断机器人，其特征在于：包括可移动底盘、固定在可移动底盘上的机械手模块、用于控制机械手模块的位姿调整模块、固定在机械手模块上的信号采集器和传感器模块、云平台；传感器模块包括噪声传感器、温度传感器、位移传感器；噪声传感器、温度传感器、位移传感器分别与信号采集器信号连接，位姿调整模块和信号采集器均与云平台信号连接；可移动底盘包括底板、固定在底板上的主动轮机构和底轮；主动轮机构包括固定架、固定在固定架上的车轮驱动组件、与车轮驱动组件连接的主动轮、固定在底板上的轴承座；固定架固定在底板上，主动轮的车轴穿过轴承座与车轮驱动组件的输出端连接；车轮驱动组件包括固定在固定架上的电机、第一联轴器、通过第一联轴器与电机输出端固定连接的减速器、第二联轴器；减速器的输出端通过第二联轴器与主动轮的车轴连接；主动轮机构有两个，底轮有一个，底轮和两个主动轮分别位于某个三角形的三个顶点上；以底板前进方向上看，两个主动轮分居底板中心的两侧，且底轮固定在底板下表面并位于底板的中心；可移动底盘还包括固定在底板上的底盘控制器和电机驱动器；电机驱动器有两个，云平台与底盘控制器信号连接，底盘控制器与两个电机驱动器信号连接，两个电机驱动器分别与两个主动轮机构的电机信号连接；可移动底盘还包括外壳；位姿调整模块包括与云平台信号连接的位姿控制器，均与位姿控制器信号连接的第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器；机械手模块包括固定在外壳上的底座、转动式安装在底座上的第一转动盘、转动式安装在第一转动盘上的第二转动臂、转动式安装在第二转动臂上的第三转动臂、第一转动电机、第二转动电机、第三转动电机；第一转动电机固定在底座上且第一转动电机的输出端与第一转动盘连接，第二转动电机固定在第一转动盘上且第二转动电机的输出端与第二转动臂连接，第三转动电机固定在第二转动臂上且第三转动电机的输出端与第三转动臂连接，第一电机驱动器、第二电机驱动器、第三电机驱动器分别与第一转动电机、第二转动电机、第三转动电机信号连接；移动式机床故障诊断机器人还包括固定在外壳上的支撑柱、固定在支撑柱上的支撑板、用于激光同时定位与地图构建的激光雷达；激光雷达固定在支撑板上且激光雷达与底盘控制器信号连接；传感器模块还包括传感器支架；位移传感器包括位移传感器探头和位移传感器前置器；位移传感器前置器和信号采集器均固定在第三转动臂上，位移传感器探头、噪声传感器、温度传感器均固定在传感器支架上，传感器支架固定在第三转动臂的末端；移动式机床故障诊断机器人还包括摄像头；摄像头与云平台信号连接，摄像头有两个，一个固定在第三转动臂上，另一个固定在支撑板上；移动式机床故障诊断机器人还包括固定在外壳内顶部的电池架、固定在电池架上的供电电池。