CN111086025A - 一种应用于工业机器人的多故障原因诊断系统及诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于工业机器人的多故障原因诊断系统及方法，该系统包括速度监测模块用于按照监测六轴机器人各个关节轴的轴速，温度监测模块用于按照一定周期监测六轴机器人各个关节轴的电机的温度，数据记载模块用于将速度监测模块采集的轴速数据和温度监测模块采集的温度数据进行记录存储，故障原因确定模块用于对故障状态信号进行特征提取，并对特征提取后的故障状态信号进行初步分析，并将初步分析的结果与数据记载模块记录的轴速数据以及温度数据进行联合处理，将联合处理的结果传输给所述数据记载模块，并通过显示模块进行数据显示。本发明设立故障原因确定模块，实时发现六轴机器人的故障原因并采用显示模块进行显示进而得到及时解决。

Description

一种应用于工业机器人的多故障原因诊断系统及诊断方法

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种应用于工业机器人的多故障原因诊断系统及诊断方法。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，机器人在运行过程中，有时会受到周围的人或物的干扰而产生故障，或者由于机器人本身造成机器人故障，现主要提出以下一种技术，主要保护在发生故障时在机器人周围进行作业的人。

现有技术的目的在于，主要保护在紧急停止时在机器人周围进行作业的人。但是，在为了安全而使机器人紧急停止时，由于机器人的部件损坏而导致机器人的寿命缩短。

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多故障原因诊断系统，该系统可以解决故障对工业机器人寿命影响较大的问题，还提供一种用于工业机器人的多故障原因诊断方法。

技术方案：一方面，本发明所述的应用于工业机器人的多故障原因诊断系统，包括速度监测模块、温度监测模块、数据记载模块、故障原因确定模块以及显示模块，所述速度监测模块用于按照一定周期监测六轴机器人各个关节轴的轴速，温度监测模块用于按照一定周期监测六轴机器人各个关节轴的电机的温度，所述数据记载模块用于将所述速度监测模块采集的轴速数据和温度监测模块采集的温度数据进行记录存储，所述故障原因确定模块用于对故障状态信号进行特征提取，并对特征提取后的故障状态信号进行初步分析，并将初步分析的结果与所述数据记载模块记录的轴速数据以及温度数据进行联合处理，将联合处理的结果传输给所述数据记载模块，并通过所述显示模块进行数据显示。

进一步地，包括：

还包括转角监测模块和转矩监测模块，所述转角监测模块用于按照一定周期监测所述六轴机器人各个关节轴的转角，所述转矩监测模块用于按照一定周期监测所述六轴机器人各个关节轴的转矩。

进一步地，包括：

所述故障状态信号来源于六轴机器人与周围的人或物体的接触、操作者的误操作、安全栏的门解锁以及紧急停止按钮的操作。

进一步地，包括：

对特征提取后的故障状态信号进行初步分析，具体为获取机器人当前发生故障的具体原因。

进一步地，包括：

所述将初步分析的结果与所述数据记载模块记录的轴速数据以及温度数据进行联合处理，具体为根据记录的当前发生故障时的机器人轴速数据及温度数据，将故障原因与机器人轴速数据及温度数据关联起来。

进一步地，包括：

所述轴速为六轴机器人各个关节轴的旋转速度和对于所述旋转速度具有相关关系的其他速度。

另一方面，一种根据上述的应用于工业机器人的多故障原因诊断系统实现的诊断方法，该方法包括：

S1速度监测模块按照一定的周期来监测六轴机器人各个关节轴的轴速，并将其作为轴速的当前值输出到数据记载模块；

S2温度监测模块按照一定的周期来监测六轴机器人各个关节轴的温度，并将其作为关节轴的当前温度输出到数据记载模块；

S3数据记载模块将所述速度监测模块采集的轴速数据和温度监测模块采集的温度数据进行记录存储；

S4若检测出六轴机器人故障，则故障原因确定模块对故障状态信号进行特征提取，并对特征提取后的故障状态信号进行初步分析，并将初步分析的结果与所述数据记载模块记录的轴速数据以及温度数据进行联合处理，将联合处理的结果传输给所述数据记载模块，否则，继续执行S1-S3；

S5显示模块对相关数据进行显示。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明设立故障原因确定模块，实时发现六轴机器人的故障原因并采用显示模块进行显示进而得到及时解决。

附图说明

图1是六轴机器人和本发明所述的诊断系统的连接结构图；

图2是本发明所述的诊断系统的结构框图；

图3是本发明所述的诊断方法的处理流程图；

图4为显示模块显示的六轴机器人的一定周期内各个电机轴速以及温度数据的图表；

图5为显示模块显示的六轴机器人的一定周期内各个关节轴发生的故障次数的图表；

图6为显示模块显示的发生故障时每个故障原因发生的次数的图表。

具体实施方式

如图1所示，六轴机器人10是用于点焊、电弧焊、喷涂、搬运等用途的工业机器人，其包括6个关节轴，每个关节轴上均安装有电机3，机器人10具有安装在手腕5上的末端执行器4，手腕5位于手臂6的前端。机器人10按照来自机器人诊断装置4的指令来执行动作，以便将手腕5乃至末端执行器4已任意的姿势定位在任意的位置上；通过经由通信电缆4等已知的通信单元与机器人10相连接的机器人诊断系统2，机器人诊断系统2是具有已知的硬件结构的数字计算机，已知的硬件结构包含CPU、ROM、RAM、非易失性存储器、显示模块以及输入输出接口。

具体的，本发明所述的应用于工业机器人的多故障原因诊断系统包括故障原因确定模块21、速度监测模块22、温度监测模块24、数据记载模块25、显示模块26。

速度监测模块22监测的轴速不限于关节轴的旋转速度，也可以是对于关节轴的速度具有相关关系的速度；例如，作为轴速，可以是存在于电机3和关节轴之间的减速机的输入一侧的速度。速度监测模块22用于监测所述机器人各个关节的轴速。

温度监测模块24用于监测机器人10的各位关节轴的电机3的温度，可通过温度传感器的输出值来判断各个关节轴的当前温度。

故障原因确定模块21在机器人10发生故障时，确定该故障的发生原因。机器人10的故障原因包含机器人10与周围的人或物体的接触、操作者的误操作、安全栏的门解锁、以及紧急停止按钮的操作，但是并不仅限于此。

具体地，首先对于故障状态信号进行特征提取，得到故障状态信号，进一步的，对故障状态进行初步分析，如安全门打开，机器人受到碰撞，得到异常报警信息，再者，对机器人电机特征进行联合处理，将故障状态与电机的速度或温度联合处理后传输给数据记载模块，数据记载模块通过显示模块进行数据显示。

需要说明的是，上述仅是列举了温度传感器和速度传感器的类型和搭配，还包括转角监测模块和转矩监测模块，所述转角监测模块用于按照一定周期监测所述六轴机器人各个关节轴的转角，所述转矩监测模块用于按照一定周期监测所述六轴机器人各个关节轴的转矩。

数据记载模块25将机器人10的故障发生原因与电机3的或轴速相互关联地进行记录。即，通过记录模块25将故障的原因与发生该故障的时间点的电机3的轴速、温度一起作为一个数据组来进行记录，把数据记载模块25记录的数据存储在诊断装置的非易失性存储器中，显示模块来执行数据图表化的过程。具体的，该显示模块用于表示所述机器人的故障的发生状况的信息。在优选的实施方式中，所述显示模块构成为每当所述机器人故障时，对每个所述关节轴以图表的形式显示在该故障发生的时间点的所述电机的温度和所述轴速中的至少一个。在优选的实施方式中，所述显示模块构成为将所述紧急停止的原因、所述机器人的关节轴的电机的温度以及所述轴速中的至少一个与所述故障的发生次数相关联地进行显示。在优选的实施方式中，所述显示模块构成为将所述电机的和所述轴速中的至少任意一个按照预先决定的每个大小范围相区别，并且与所述故障的发生次数一同进行显示。

速度监测模块22按照一定的周期来监测六轴机器人各个关节轴的轴速，并将其作为轴速的当前值进行输出。同样地，温度监测模块按照一定的周期来监测各个关节轴的温度，并将其作为关节轴的当前温度进行输出。

如图4表示，对于记录的数据，关节轴J1～J6分别显示了电机的轴速以及温度数据，左侧条状为轴速，右侧条形为温度。如图所示，电机的轴速以及温度可以通过相对于最大电机或者最大轴速的相对值或者最高耐温来表示，或者可以通过绝对值来表示。

如图5表示通过机器人诊断装置显示的图标的另一显示例子。对于关节轴J1～J6分别显示了故障的发生次数。关于在机器人10进行了机器人故障的时间点没有进行动作的关节轴，不计入故障的发生次数。通过机器人诊断装置内部的计数器来测量故障发生的次数。

图6表示通过机器人诊断装置4显示的图标的另一显示例子。参照图6，针对机器人发生故障时的每个原因X1～X5来区分显示故障的发生次数。操作者能够对这样可视化的故障原因与发生的次数的关系进行分析，从而采取预防措施等需要的应对。

当机器人10频繁地发生故障时，导致机器人10的部件提早损坏，或者导致机器人10的寿命缩短。操作者通过分析与故障发生状况有关的统计数据，能够采取故障的预防措施等所需的应对，结果能提高机器人10的寿命。

参照图3，本发明还提供了一种应用于工业机器人的多故障原因诊断方法，包括：

S101开始

S102速度监测模块按照一定的周期来监测六轴机器人各个关节轴的轴速，并将其作为轴速的当前值输出到数据记载模块；

S103温度监测模块按照一定的周期来监测六轴机器人各个关节轴的温度，并将其作为关节轴的当前温度输出到数据记载模块；

S104若检测出六轴机器人故障，则执行S105，否则，执行S102-S103；

S105故障原因确定模块对故障状态信号进行特征提取，并对特征提取后的故障状态信号进行初步分析；

S106将初步分析的结果与所述数据记载模块记录的轴速数据以及温度数据进行联合处理，将联合处理的结果传输给所述数据记载模块，

S107显示模块对相关数据进行显示。

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 (7)

1.一种应用于工业机器人的多故障原因诊断系统，其特征在于，包括速度监测模块、温度监测模块、数据记载模块、故障原因确定模块以及显示模块，所述速度监测模块用于按照一定周期监测六轴机器人各个关节轴的轴速，温度监测模块用于按照一定周期监测六轴机器人各个关节轴的电机的温度，所述数据记载模块用于将所述速度监测模块采集的轴速数据和温度监测模块采集的温度数据进行记录存储，所述故障原因确定模块用于对故障状态信号进行特征提取，并对特征提取后的故障状态信号进行初步分析，并将初步分析的结果与所述数据记载模块记录的轴速数据以及温度数据进行联合处理，将联合处理的结果传输给所述数据记载模块，并通过所述显示模块进行数据显示。

2.根据权利要求1所述的应用于工业机器人的多故障原因诊断系统，其特征在于，还包括转角监测模块和转矩监测模块，所述转角监测模块用于按照一定周期监测所述六轴机器人各个关节轴的转角，所述转矩监测模块用于按照一定周期监测所述六轴机器人各个关节轴的转矩。

3.根据权利要求2所述的应用于工业机器人的多故障原因诊断系统，其特征在于，所述故障状态信号来源于六轴机器人与周围的人或物体的接触、操作者的误操作、安全栏的门解锁以及紧急停止按钮的操作。

4.根据权利要求1所述的应用于工业机器人的多故障原因诊断系统，其特征在于，对特征提取后的故障状态信号进行初步分析，具体为获取机器人当前发生故障的具体原因。

5.根据权利要求1所述的应用于工业机器人的多故障原因诊断系统，其特征在于，所述将初步分析的结果与所述数据记载模块记录的轴速数据以及温度数据进行联合处理，具体为根据记录的当前发生故障时的机器人轴速数据及温度数据，将故障原因与机器人轴速数据及温度数据关联起来。

6.根据权利要求1所述的应用于工业机器人的多故障原因诊断系统，其特征在于，所述轴速为六轴机器人各个关节轴的旋转速度和对于所述旋转速度具有相关关系的其他速度。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的应用于工业机器人的多故障原因诊断系统实现的诊断方法，其特征在于，该方法包括：

S1速度监测模块按照一定的周期来监测六轴机器人各个关节轴的轴速，并将其作为轴速的当前值输出到数据记载模块；

S2温度监测模块按照一定的周期来监测六轴机器人各个关节轴的温度，并将其作为关节轴的当前温度输出到数据记载模块；

S3数据记载模块将所述速度监测模块采集的轴速数据和温度监测模块采集的温度数据进行记录存储；

S4若检测出六轴机器人故障，则故障原因确定模块对故障状态信号进行特征提取，并对特征提取后的故障状态信号进行初步分析，并将初步分析的结果与所述数据记载模块记录的轴速数据以及温度数据进行联合处理，将联合处理的结果传输给所述数据记载模块，否则，继续执行S1-S3；

S5显示模块对相关数据进行显示。

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