CN111537123A - 工业机器人功率预测方法 - Google Patents

Abstract

本专利提供一种工业机器人功率预测方法，其特征在于：上述预测方法具体包括以下步骤：确定所述目标工业机器人关节电机的有效输出功率；确定所述目标工业机器人的损耗功率；获得所述目标工业机器人的待机功率；确定所述目标工业机器人的实际功率，所述实际功率为所述工业机器人关节电机的有效输出功率、所述损耗功率和所述待机功率之和。本专利提供的工业机器人功率预测方法构建确定工业机器人实际功率模型，根据工业机器人关节扭矩和角速度即可快速、准确确定其实际能耗，实现在没有功率测试仪的情况下，精准预测工业机器人的实际功率。

Description

工业机器人功率预测方法

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，尤其涉及工业机器人功率预测方法。

背景技术

工业机器人在各行业应用量大面广，能源消耗巨大。近年能源成本的上升，对工业机器人能耗的准确估计和管控的需求日益提升。众所周知，工业机器人的负载具有动态性、时变性和复杂性，直接导致即使额定能耗相同的工业机器人在执行不同工作任务时，其所消耗的实际功率相差较大，因此，在实际的生产中，无法将工业机器人的额定能耗视为其实际能耗，如若此，无法反映机器人的实际能耗，不利于机器人能耗管控日益精准的要求。因此，准确预估工业机器人的实际能耗是非常必要的。目前，检测工业机器人实时能耗主要是直接在工业机器人和电源之间接入功率仪，或者分别测量三相电源的电压和电流进行确定，但是功率检测设备昂贵，无法给每一台工业机器人配备一个，且每次检测时的接线操作繁琐。如何在脱离检测仪器的情况下准确确定工业机器人的能耗成为一个技术难点。

因此，亟需一种可准确预测工业机器人实际功率的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可对工业机器人的实际功率准确预测的工业机器人功率预测方法。

本发明一种工业机器人功率预测方法，其特征在于：上述预测方法具体包括以下步骤：

S1：根据目标工业机器人的实际运动轨迹，获取所述工业机器人运动过程中的关节电机的力矩和所述关节电机的角速度；

S2：确定所述目标工业机器人的关节电机的有效输出功率，所述工业机器人的关节电机的有效输出功率为所述工业机器人的所有关节工业机器人关节电机的有效输出功率之和；

S3：确定所述目标工业机器人的损耗功率；

S4：获得所述目标工业机器人的待机功率；

S5：确定所述目标工业机器人的实际功率，所述实际功率为所述工业机器人关节电机的有效输出功率、所述损耗功率和所述待机功率之和。

进一步，所述损耗功率采用如下方法确定：

其中，P_损耗总表示所述目标工业机器人的损耗功率，C₀、C_k,1…C_k,n表示拟合系数，k表示所述目标工业机器人的关节，n表示所述目标工业机器人的关节总数，t表示关节电机输出端的力矩，w表示关节电机的角速度。

进一步，所述工业机器人关节电机的有效输出功率采用如下方法确定：

其中，P_有效总表示所述目标工业机器人的关节电机的有效输出功率，k表示所述目标工业机器人的关节，n表示所述目标工业机器人的关节总数，P_有效表示所述目标工业机器人的单个关节电机的有效输出功率；

所述P_有效采用如下方法确定：

P_有效＝t×w (3)

其中，P_有效表示单个关节电机的有效输出功率，t表示关节电机输出端的力矩，w表示关节电机的角速度。

进一步，所述步骤S1中所述关节电机的力矩采用如下方法确定：

t＝μI (4)

其中，t表示关节电机输出端的力矩，μ表示线性系数，I表示流经所述关节电机的电流；

所述线性系数采用如下方法确定：

μ表示线性系数，t额表示所述关节电机的额定力矩，I额表示所述关节电机的额定电流。

进一步，所述步骤S1中所述关节速度采用如下方法确定：

其中，w表示t₂时刻的关节角速度，t₁和t₂代表两个不同的时刻，q₂表示t₂时刻的角度值，q₁表示t₁时刻的角度值。

本发明的有益技术效果：本专利提供的工业机器人功率预测方法构建出确定工业机器人实际功率模型，实现根据工业机器人关节扭矩和角速度快速、准确确定其实际能耗，从而在没有功率测试仪的前提下准确确定工业机器人的实际功率，为工业机器人的节能提供数据支撑。

具体实施方式

以下结合说明书对本发明做出进一步的说明：

本发明提供的一种工业机器人功率预测方法，其特征在于：上述预测方法具体包括以下步骤：

S1：根据目标工业机器人的实际运动轨迹，获取所述工业机器人运动过程中的关节电机的力矩和所述关节电机的角速度；在实际应用中，需要对工业机器人的每个关节电机的力矩和关节电机的角速度进行采集；

S2：确定所述目标工业机器人的关节电机的有效输出功率，所述工业机器人的关节电机的有效输出功率为所述工业机器人的所有关节电机的有效输出功率之和；即工业机器人所有关节电机的有效输出功率的之和；

S3：确定所述目标工业机器人的损耗功率；

S4：获得所述目标工业机器人的待机功率；

S5：确定所述目标工业机器人的实际功率，所述实际功率为所述工业机器人关节电机的有效输出功率、所述损耗功率和所述待机功率之和。工业机器人系统由本体、伺服电机、变频器、整流器等部分组成。伺服电机、变频器和整流器的损耗都和电流成一定的关系，系统的功率为工业机器人关节电机的有效输出功率、系统损耗功率和待机功率三部分之和。可通过在电源和工业机器人之间安装一个功率测试仪来获取功率数据，本领域技术人员应该知道，功率测试仪不仅价格较为昂贵，而且安装较为繁琐，故，在实际生产中每台工业机器人配备一台功率测试仪的可行性不高。通过上述技术方案，可直接通过工业机器人的关节电机的扭矩和关节电机的角速度确定工业机器人的实际功率，成本低、操作简单且易于推广，为工业机器人的节能提供数据支撑。

在本实施例中，所述损耗功率采用如下方法确定：

其中，P_损耗总表示所述目标工业机器人的损耗功率，C₀、C_k,1…C_k,n表示拟合系数，k表示所述目标工业机器人的关节，n表示所述目标工业机器人的关节总数，t表示关节电机输出端的力矩，w表示关节电机的角速度。通过让机器人执行其工作，按50赫兹的频率采集运动过程中的关节电机输出端的力矩t、关节角q和总功率P_总，为了实验的结果的精确，所述总功率是通过在电源和工业机器人之间安装一个功率测试仪来获取的，通过总功率减去待机功率和工业机器人关节电机的有效输出功率，从而得到损耗功率。将实验中获取损耗功率的数据，通过现有的数学软件，如MATLAB，采用现有的拟合算法，如最小二乘法，进行拟合，从而确定C₀、C_k,1…C_k,n等拟合系数。此处实用功率检测设备是为了获得准确的实验数据，从而获得损耗功率准确的拟合系数，一次拟合，拟合系数永久有效；即此处实用功率检测设备是为了本专利构建的实际功率预测方法的模型的准确性，一但模型确定后，在模型的实际使用中即不再需要功率检测设备；即一旦确定损耗功率的拟合系数后，可直接应用本专利提供方法来确定工业机器人的实际功率，即采集工业机器人的待机功率、关节电机输出力矩和关节角速度，代入本方法即可确定工业机器人的实际功率。如表1所示，通过采集和确定工业机器人的关节电机的有效输出功率、总功率和待机功率，所述工业机器人关节电机的有效输出功率和总功率的部分数据如表1所示，在本实施例中，测得待机功率为134.3167瓦，从而确定出损耗功率，并将损耗功率输入道MATLAB中，在本实施例中采用的是最小二乘法来拟合，从而获得C₀、 C_k,1…C_k,n等拟合系数的值，从而实现在没有功率测试仪的情况下，确定出工业机器人的损耗功率和有功功率。

表1工业机器人关节电机的有效输出功率和总功率

在本实施例中，实施工业机器人关节电机的有效输出功率采用如下方法确定：

其中，P_有效总表示所述目标工业机器人的关节电机的有效输出功率，k表示所述目标工业机器人的关节，n表示所述目标工业机器人的关节总数，P_有效表示所述目标工业机器人的单个关节电机的有效输出功率；

所述P_有效采用如下方法确定：

P_有效＝t×w (3)

其中，P_有效表示单个关节电机的有效输出功率，t表示关节电机输出端的力矩，w表示关节电机的角速度。

如表2所示，为获取的工业机器人的关节电机的输出力矩和角速度。通过关节电机的输出力矩和角速度即可获得工业机器人的关节电机的有效输出功率。

表2关节力矩和角速度数据表

在本实施例中，所述步骤S1中所述关节电机的力矩采用如下方法确定：

t＝μI (4)

其中，t表示关节电机输出端的力矩，μ表示线性系数，I表示流经所述关节电机的电流；

所述线性系数采用如下方法确定：

μ表示线性系数，t额表示所述关节电机的额定力矩，I额表示所述关节电机的额定电流。

在本实施例中，所述步骤S1中所述关节速度采用如下方法确定：

其中，w表示t₂时刻的关节角速度，t₁和t₂代表两个不同的时刻，q₂表示t₂时刻的角度值，q₁表示t₁时刻的角度值。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种工业机器人功率预测方法，其特征在于：所述预测方法具体包括以下步骤：

S1：根据目标工业机器人的实际运动轨迹，获取所述目标工业机器人运动过程中的关节电机的力矩和所述关节电机的角速度；

S2：确定所述目标工业机器人的关节电机的有效输出功率，所述工业机器人的关节电机的有效输出功率为所述工业机器人的所有关节电机的有效输出功率之和；

S3：确定所述目标工业机器人的损耗功率；

S4：获得所述目标工业机器人的待机功率；

S5：确定所述目标工业机器人的实际功率，所述实际功率为所述工业机器人关节电机的有效输出功率、所述损耗功率和所述待机功率之和。

2.根据权利要求1所述工业机器人功率预测方法，其特征在于：所述损耗功率采用如下方法确定：

其中，P_损耗总表示所述目标工业机器人的损耗功率，C₀、C_k,1…C_k,n表示拟合系数，k表示所述目标工业机器人的关节，n表示所述目标工业机器人的关节总数，t表示关节电机输出端的力矩，w表示关节电机的角速度。

3.根据权利要求1所述工业机器人功率预测方法，其特征在于：所述工业机器人关节电机的有效输出功率采用如下方法确定：

其中，P_有效总表示所述目标工业机器人的关节电机的有效输出功率，k表示所述目标工业机器人的关节，n表示所述目标工业机器人的关节总数，P_有效表示所述目标工业机器人的单个关节电机的有效输出功率；

所述P_有效采用如下方法确定：

P_有效＝t×w (3)

其中，P_有效表示单个关节电机的有效输出功率，t表示关节电机输出端的力矩，w表示关节电机的角速度。

4.根据权利要求1所述工业机器人功率预测方法，其特征在于：所述步骤S1中所述关节电机的力矩采用如下方法确定：

t＝μI (4)

其中，t表示关节电机输出端的力矩，μ表示线性系数，I表示流经所述关节电机的电流；

所述线性系数采用如下方法确定：

其中，μ表示线性系数，t额表示所述关节电机的额定力矩，I额表示所述关节电机的额定电流。

5.根据权利要求1所述工业机器人功率预测方法，其特征在于：所述步骤S1中所述关节速度采用如下方法确定：

其中，w表示t₂时刻的关节角速度，t₁和t₂代表两个不同的时刻，q₂表示t₂时刻的角度值，q₁表示t₁时刻的角度值。