CN111086024A - 一种应用于工业机器人的监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于工业机器人的监测系统及监测方法，其中，数据采集模块用于采集六轴机器人的运动状态参数并将其传输给所述数据处理模块，所述数据采集模块包括所述六轴机器人的各个预埋关节轴上的温湿度传感器、压力传感器、振动传感器、位移传感器、碰撞传感器、速度传感器和触觉传感器，数据处理模块用于将采集的实时运动状态参数与预设相关运动状态参数进行比较判断后，将结果通过所述5G通信模块实时上传至服务器。本发明基于传感器的精准、高速检测以及5G网络的实时传输特性，精确快速的完成整个生产运行的监测，监测效率高，避免了误判等现象，且不仅会为企业降低人力成本，同时也将大大提高生产的可靠性和安全性。

Description

一种应用于工业机器人的监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及工业机器人，具体涉及一种应用于工业机器人的监测系统及监测方法。

背景技术

工业机器人的出现解放了人类的双手，已经广泛的应用于国民经济的各行各业，且在某些恶劣环境下更是发挥了无可比拟的作用。但是，当前工业机器人作为一种复杂的机械运动系统，获取运行状态数据单一，缺乏有效多样的机器人监测预警方式，往往在有需要时再考虑加装相应传感器，一是需要对机器人进行拆卸，二是安装位置往往采用贴附于机器人表面等方式，机器人运行时间长后容易出现安装松动，存在占用内部空间，影响线缆布局等问题。目前的监测系统对于工业机器人的实时监测效率较低，且准确性较差。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种应用于工业机器人的监测系统，解决了现有技术中实时监测系统效率低和误判率高的问题，本发明还提供一种应用于工业机器人的监测方法。

技术方案：一方面，本发明所述的应用于工业机器人的监测系统，该系统包括数据采集模块、数据处理模块、5G通信模块、服务器和显示模块，所述数据采集模块用于采集六轴机器人的运动状态参数并将其传输给所述数据处理模块，所述数据采集模块包括所述六轴机器人预埋的各个关节轴上的温湿度传感器、压力传感器、振动传感器、位移传感器、碰撞传感器、速度传感器和触觉传感器，所述数据处理模块用于将采集的实时运动状态参数与预设相关运动状态参数进行比较判断后，将结果通过所述5G通信模块实时上传至服务器，所述显示模块从服务器获取运行状态信息后进行数据存储、显示和提醒报警。

进一步地，包括：

所述温湿度传感器、压力传感器、振动传感器和位移传感器预埋在所述六轴机器人的铸件内部，接近电机、减速机和齿轮关键位置设计加工孔位。

进一步地，包括：

所述碰撞传感器、速度传感器和触觉传感器预埋在所述六轴机器人接近外部环境的机器人壳罩上。

进一步地，包括：

所述数据处理模块包括温湿度数据对比单元、压力数据对比单元、振动数据对比单元和距离数据对比单元，所述温湿度数据对比单元用于接收所述温湿度传感器的实时数据，并与预设的正常范围的温湿度数据进行比较，进而判断机器人的气温和湿度是否有异常；所述压力数据对比单元用于接收所述压力传感器的实时数据，并与预设的正常范围的压力数据进行比较，进而判断机器人的受压是否有异常；所述振动数据对比单元用于接收所述振动传感器的实时数据，并与预设的正常范围的振动数据进行比较，进而判断机器人的振动是否有异常；距离数据对比单元用于实时接收所述碰撞传感器、速度传感器和触觉传感器的相关数据，并利用无线对障碍物的距离进行测量和计算距离碰撞时间，进而判断是否发生可能的碰撞。

进一步地，包括：

所述服务器监测到所述六轴机器人运动状态参数出现异常时，控制所述六轴机器人的控制器自行切断电气机器的电力供给，并通过显示模块进行预警提醒。

另一方面，本发明还提供依据所述应用于工业机器人的监测系统实现的监测方法，该方法包括：

S1六轴机器人的各个关节轴上的温湿度传感器、压力传感器、振动传感器、位移传感器、碰撞传感器、速度传感器和触觉传感器将采集的实时数据传输给所述数据处理模块；

S2所述数据处理模块将采集的实时运动状态参数与预设相关运动状态参数进行比较判断；

S3将比较判断的结果通过所5G通信模块实时上传至服务器；

S4显示模块从服务器获取运行状态信息后进行数据存储、显示和提醒报警。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、本发明基于传感器的精准、高速检测以及5G网络的实时传输特性，精确快速的完成整个生产运行的监测，监测效率高，避免了误判等现象，且不仅会为企业降低人力成本，同时也将大大提高生产的可靠性和安全性。2、本发明从机器人出厂情形考虑，在机器人本体铸件及罩壳开模加工时，设计安装孔位，并对多种传感器进行预埋，以便于后续应用场景的直接调用，实现不同应用需求下的机器人在线与离线健康评估、运行状态诊断监测和预警。

附图说明

图1为工业机器人整机温度传感器预埋示意图；

图2为工业机器人底座预埋设计图举例；

图3为发明系统整体结构图；

图4为数据采集模块通信示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种应用于工业机器人的监测系统，通过在六轴机器人的铸件出厂阶段就预埋多种传感器以实现机器人运行状态的按需监测和预警。

本发明采用的工业机器人为六轴机器人，从下到上关节轴为J1～J6，第一轴：第一轴是链接底盘的位置，也是承重和核心位置，它承载着整个机器人的重量和机器人左右水平的大幅度摆动。第二轴：控制机器人前后摆动、伸缩的重要一轴。第三轴：三轴也是控制机器人前后摆动的一轴，不过摆动幅度比第二轴要小很多，不过这也是六轴机器人臂展长的根据。第四轴：四轴是控制上臂部分180°自由旋转的一轴，相当于人的小臂。第五轴：第五轴很重要，当差不多调好位置后，精准定位到产品上，就要用到第五轴，相当于人手腕部分。第六轴：当您将第五轴定位到产品上之后，需要一些微小的改动，就需要用到第六轴，第六轴相当于可以水平360°旋转的一个转盘。可以更精确定位到产品。

如图4所示，此外还包括主控制器、各关节轴对应的伺服电机1、3、5、8、10、12，与设置在各关节的轴减速机2、4、6、7、9、11齿轮传动连接，并与控制箱内主控制器连接通讯。

要对工业机器人进行实时有效的监测，就需要依靠以智能传感器节点为基础单元所形成的传感分布网络。预埋的传感器为：首先在机器人本体铸件开模后，在接近电机、减速机和齿轮关键位置设计加工孔位，工业机器人铸件内部适当位置预埋的多种传感器包括但不限于：温度传感器、压力传感器、振动传感器、位移传感器等接触式或非接触式传感器，传感器可采用无线传输方式，传感器尺寸尽可能选择小规格，低成本，节省安装空间。

除机器人本体铸件内部进行预埋外，在接近外部环境的机器人罩壳上同样预埋不同类型的传感器，所预埋的传感器包括但不限于：碰撞传感器、速度传感器、外部包裹电子触觉皮肤等接触式和非接触式传感器。

预埋式多传感器，同样包括对处理器和5G无线通讯模块进行预埋安装，所述无线通信模块是5G无线通信模块，多传感器、处理器及5G无线通迅模块等搭载于工业机器人上。安装的传感器、处理器及5G无线通讯模块不影响内部走线和机器人正常运转，且传感器的使用与否根据实际需要进行选择搭配。

如图2所示，以温度传感器举例，在机器人各关节轴内部伺服电机1、3、5、8、10、12处分别安装温度传感器，以检测电机实时状态温度，温度传感器预埋示意图如图2所示，在J1轴底座铸件上接近电机和齿轮传动位置设计安装孔位，黑色部分为安装孔位。根据实际需求，各个温度传感器将各关节轴温度信息实时发送到处理器端，并与5G无线通信模块保持实时通讯，并将各关节轴内部运行温度信息实时传输至上位机软件显示界面上。实际应用中需要多传感器数据传输，为了合理配合各个传感器，必须严格遵守各个守传感器的通讯协议，保证数据的精准采集传输。

如图3所示，一种应用于工业机器人的监测系统，该系统包括数据采集模块、数据处理模块、5G通信模块、服务器和显示模块，所述数据采集模块用于采集六轴机器人的运动状态参数并将其传输给所述数据处理模块，所述数据采集模块包括上述六轴机器人的各个关节轴上的温湿度传感器、压力传感器、振动传感器、位移传感器、碰撞传感器、速度传感器和触觉传感器，共传感器1～n，所述数据处理模块用于将采集的实时运动状态参数与预设相关运动状态参数进行比较判断后，将结果通过所述5G通信模块实时上传至服务器，所述显示模块从服务器获取运行状态信息后进行数据存储、显示和提醒报警。其中，工业机器人及其搭载的模块是下位机，用于采集温湿度、压力、振动、速度等多种可选数据并发送至上位机；每一个传感器都直接与通讯模块的信号发射节点相连，采集到的数据通过网络传输至处理器模块口并发送至上位机。PC和APP客户端是上位机，即显示模块，用于动态显示数据和监测报警。

进一步地，数据处理模块包括温湿度数据对比单元、压力数据对比单元、振动数据对比单元和距离数据对比单元，所述温湿度数据对比单元用于接收所述温湿度传感器的实时数据，并与预设的正常范围的温湿度数据进行比较，进而判断机器人的气温和湿度是否有异常；所述压力数据对比单元用于接收所述压力传感器的实时数据，并与预设的正常范围的压力数据进行比较，进而判断机器人的受压是否有异常；所述振动数据对比单元用于接收所述振动传感器的实时数据，并与预设的正常范围的振动数据进行比较，进而判断机器人的振动是否有异常；距离数据对比单元用于实时接收所述碰撞传感器、速度传感器和触觉传感器的相关数据，并利用无线对障碍物的距离进行测量和计算距离碰撞时间，进而判断是否发生可能的碰撞。

上位机将接收到的工业机器人运行信息实时传输显示软件界面上，通过软件提供自动报警提醒功能，当服务器监测到异常情况时，及时在操作软件界面进行弹窗警示提醒。当监测到机器人内部状态如气温过高，气压异常或者振动严重等现象，则服务器控制机器人控制器自行切断电气机器的电力供给，实现对机器人的运行状态安全管理。罩壳预埋传感器能够利用无线对障碍物的距离进行测量和计算出距离碰撞时间，当运行异常发生或外部可能的碰撞进行预警提醒，另外包裹的电子触觉皮肤能够在即使进行碰撞发生的过程进行有效的缓冲，防止意外的发生。

具体步骤为：

另一方面，本发明还提供依据所述应用于工业机器人的监测系统实现的监测方法，具体包括：

S1预埋传感器根据实际需要进行组合搭配，预埋的多传感器作为运动采集模块用于采集工业机器人的运动状态参数，在工业机器人运行时，实时通过运行状态传感器数据采集模块采集工业机器人的状态，包括工业机器人的温湿度、运行速度、运行位置、振动、碰撞力、压力等数据。

S2将采集到的数据传输至数据处理模块，利用数据处理模块对采集到的数据进行数据处理分析，并将工业机器人原始运动状态参数和运行状态数据分析后的参数按既定的协议通过5G通信模块实时上传至服务器；

S3 PC客户端从服务器获取机器人内部各关节轴运行状态信息进行数据存储管理，并将机器人内部各关节轴运行状态信息通过无线通讯实时传输至控制器示教软件界面上，通过软件提供自动报警提醒，并在操作软件界面进行弹窗警示提醒。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种应用于工业机器人的监测系统，其特征在于，该系统包括数据采集模块、数据处理模块、5G通信模块、服务器和显示模块，所述数据采集模块用于采集六轴机器人的运动状态参数并将其传输给所述数据处理模块，所述数据采集模块包括所述六轴机器人的各个关节轴上预埋的温湿度传感器、压力传感器、振动传感器、位移传感器、碰撞传感器、速度传感器和触觉传感器，所述数据处理模块用于将采集的实时运动状态参数与预设相关运动状态参数进行比较判断后，将结果通过所述5G通信模块实时上传至服务器，所述显示模块从服务器获取运行状态信息后进行数据存储、显示和提醒报警。

2.根据权利要求1所述的应用于工业机器人的监测系统，其特征在于，所述温湿度传感器、压力传感器、振动传感器和位移传感器预埋在所述六轴机器人的铸件内部，接近电机、减速机和齿轮关键位置设计加工孔位。

3.根据权利要求2所述的应用于工业机器人的监测系统，其特征在于，所述碰撞传感器、速度传感器和触觉传感器预埋在所述六轴机器人接近外部环境的机器人壳罩上。

4.根据权利要求1所述的应用于工业机器人的监测系统，其特征在于，所述数据处理模块包括温湿度数据对比单元、压力数据对比单元、振动数据对比单元和距离数据对比单元，所述温湿度数据对比单元用于接收所述温湿度传感器的实时数据，并与预设的正常范围的温湿度数据进行比较，进而判断机器人的气温和湿度是否有异常；所述压力数据对比单元用于接收所述压力传感器的实时数据，并与预设的正常范围的压力数据进行比较，进而判断机器人的受压是否有异常；所述振动数据对比单元用于接收所述振动传感器的实时数据，并与预设的正常范围的振动数据进行比较，进而判断机器人的振动是否有异常；距离数据对比单元用于实时接收所述碰撞传感器、速度传感器和触觉传感器的相关数据，并利用无线对障碍物的距离进行测量和计算距离碰撞时间，进而判断是否发生可能的碰撞。

5.根据权利要求1所述的应用于工业机器人的监测系统，其特征在于，所述服务器监测到所述六轴机器人运动状态参数出现异常时，控制所述六轴机器人的控制器自行切断电气机器的电力供给，并通过显示模块进行预警提醒。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的应用于工业机器人的监测系统实现的监测方法，其特征在于，该方法包括：

S1六轴机器人的各个关节轴上的温湿度传感器、压力传感器、振动传感器、位移传感器、碰撞传感器、速度传感器和触觉传感器将采集的实时数据传输给所述数据处理模块；

S2所述数据处理模块将采集的实时运动状态参数与预设相关运动状态参数进行比较判断；

S3将比较判断的结果通过所5G通信模块实时上传至服务器；

S4显示模块从服务器获取运行状态信息后进行数据存储、显示和提醒报警。

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