CN112192560A - 自动化系统和磨损检测控制器 - Google Patents

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优素福·齐亚达
安妮特·詹纳斯扎克
希曼殊·拉乔利亚
蒂莫西·乔治·拜尔
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Abstract

本公开提供了“自动化系统和磨损检测控制器”。一种机器或自主系统包括诊断控制器，并且被配置为执行用于监视机器的健康状况的方法。所述方法包括：当所述机器以第一自主模式操作时，监视指示对所述机器的马达的控制的一组第一电信号；响应于该组第一电信号满足第一标准而确定已经发生了异常工况；响应于所述确定已经发生了所述异常工况，而使所述机器以测试模式操作；在所述测试模式期间监视指示对所述马达的控制的一组第二电信号；以及响应于该组第二电信号满足第二标准而确定故障状况。

Description

自动化系统和磨损检测控制器
技术领域
本公开涉及一种自动化系统和一种用于确定所述自动化系统中的系统磨损的方法。
背景技术
本部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
在大批量生产设置中，自动化系统通常用于对工件进行操纵或执行操作。在一个示例中，一种工件搬运系统包括末端执行器(例如，搬运装置)、基座、驱动马达、控制器、机架和连接到所述搬运装置的多条电线。机架支撑电线以随末端执行器相对于基座移动。随着末端执行器的移动，机架通常沿着基座的轨道收起和展开。驱动马达被配置成使末端执行器相对于基座沿一个或多个轴线移动。在另一个示例中，多轴机器人可包括基座、末端执行器(例如，搬运装置)以及臂，所述臂相对于基座支撑末端执行器并且被配置为经由围绕多个轴线的移动来定位末端执行器。
由于正常操作，这些自动化系统上的某些部件可能会磨损或超出最初设计的尺寸或位置的公差范围。确定这种磨损或变化通常是通过手动关闭自动化系统以允许操作员实际检查部件以及然后确定是否需要维修来完成的。由于通常在检查过程中停止生产，因此该过程可能既耗时又昂贵。
本公开解决了与自动化系统的传统检查相关联的这些和其他问题。
发明内容
本部分提供对本公开的总体概述并且不是本公开的全部范围或其所有特征的全面公开。
在一种形式中，一种用于监视机器的健康状况的方法包括：当机器以第一自主模式操作时，监视指示对机器的马达的控制的一组第一电信号；响应于该组第一电信号满足第一标准而确定已经发生了异常工况；响应于确定已经发生了异常工况而使机器以测试模式操作；在测试模式期间监视指示对马达的控制的一组第二电信号；以及响应于该组第二电信号满足第二标准而确定故障状况。在本公开的各种替代形式中：该组第一电信号指示对马达的数值控制或指示对子系统的机械响应；该组第一电信号包括编码器位置和跟随误差中的至少一者；该组第一电信号包括马达的驱动电流；所述方法还包括：(a)响应于该组第二电信号满足第二标准而生成并输出维修票据；(b)响应于该组第二电信号满足第二标准而生成并输出零件订购票据；(c)将机器置于不可操作状况，直到操作员清除故障状态为止；(d)基于与机器的过去操作相对应的历史数据执行规定性动作；或者(e)(a)-(d)的任何组合；第一自主模式是其中机器在工件上操作的正常操作模式，而测试模式是其中机器移动通过预定运动而不在工件上操作的模式；所述方法还包括：在没有事先确定已经发生了异常工况的情况下，周期性地使机器以自主基线检查模式操作；在自主基线检查模式期间监视指示对马达的控制的一组第三电信号；以及响应于该组第三电信号超过至少一个第三阈值而确定已经发生了故障状况；所述方法还包括：记录和存储该组第三电信号，以及将该组第三电信号与在先前以自主基线检查模式操作期间指示对马达的控制的先前记录的电信号进行比较；所述方法还包括：将指示对马达的控制的电信号输入到至少一种机器学习算法；使用所述至少一种机器学习算法来分析输入的电信号，以预测将需要维修的时间帧；以及基于预测的时间帧输出以下各者中的至少一者：维修日期、维修票据、零件订购票据或其组合；所述机器是第一类型的机器，其包括基座、搬运装置、联接到搬运装置的多条电线以及支撑所述电线以相对于基座移动的基于机架或轨道的设备，其中所述机架被配置为沿着轨道收起和展开，并且驱动马达控制搬运装置沿着轨道轴线的移动，或者所述机器是第二种类型的机器，其是多轴底座机器人。
在另一种形式中，用于机器的诊断控制器包括一个或多个微处理器，所述一个或多个微处理器被配置为在机器以第一自主模式操作时监视指示对机器的马达的控制的一组第一电信号。一个或多个微处理器被配置为响应于该组第一电信号超过至少一个第一阈值而确定已经发生了异常工况。一个或多个微处理器被配置为响应于确定已经发生了异常工况而指示机器以测试模式操作。一个或多个微处理器被配置为在测试模式期间监视指示对马达的控制的一组第二电信号。一个或多个微处理器被配置为响应于该组第二电信号超过至少一个第二阈值而确定故障状况。在本公开的各种替代形式中：该组第一电信号包括以下各者中的一者：指示对马达的数值控制的信号、马达的驱动电流、或其组合；所述一个或多个微处理器还被配置为执行以下各者中的一者：(a)响应于该组第二电信号超过至少一个第二阈值而生成并输出维修票据；(b)响应于该组第二电信号超过至少一个第二阈值而生成并输出零件订购票据；(c)将机器置于不可操作状况，直到操作员清除故障状况为止；(d)基于与机器的过去操作相对应的历史数据执行规定性动作；或者(e)(a)-(d)的任何组合；所述一个或多个微处理器还被配置为：在没有事先确定已经发生异常工况的情况下，周期性地指示机器以自主基线检查模式操作；在自主基线检查模式期间监视指示对马达的控制的一组第三电信号；以及响应于该组第三电信号超过至少一个第三阈值而确定已经发生了故障状况；所述一个或多个微处理器还被配置为：记录和存储该组第三电信号，以及将该组第三电信号与在先以自主基线检查模式操作期间指示对马达的控制的先前记录的电信号进行比较；所述一个或多个微处理器还被配置为：将指示对马达的控制的电信号输入到至少一种机器学习算法；使用所述机器学习算法来分析输入的电信号，以预测将需要维修的时间帧；并且基于预测的时间帧输出以下各者中的至少一者：维修日期、维修票据、零件订单或其组合；用于搬运工件的机器包括诊断控制器并且还包括基座、搬运装置、联接到搬运装置的多条电线以及支撑所述电线以相对于基座移动的机架，其中所述机架被配置为沿着轨道收起和展开，并且驱动马达控制搬运装置沿着轨道轴线的移动。
在又一形式中，一种操作自动化机器的方法包括以第一自主模式操作机器，在第一自主模式下，机器对工件执行操作。所述方法包括：监视一组第一电信号，所述第一电信号是在第一自主模式期间由机器的控制单元发送或接收的信号，并且指示对马达的控制；周期性地使机器以基线检查模式操作，在所述基线检查模式下，机器在没有工件的情况下执行移动程序；在基线检查模式期间监视和记录指示对马达的控制的多组第二电信号；分析所述多组第二电信号的趋势；基于所述趋势预测故障状况，并输出：(a)预测将发生故障状况的预测故障日期，(b)在预测将发生故障状况的预测故障日期之前的维修日期，(c)预测将发生的故障状况类型，(d)基于与机器的过去操作相对应的历史数据的规定性动作，或(e)(a)-(d)的任何组合。在本公开的各种替代形式中：第一电信号和第二电信号包括编码器位置、跟随误差、扭矩传感器输出、加速度计输出和马达驱动电流中的至少一者，其中机器包括：多条电线、搬运装置、基座和机架，所述电线联接到搬运装置和基座，所述机架支撑电线以相对于基座移动，并且其中所述机架被配置为沿着轨道收起和展开，并且驱动马达控制搬运装置沿着轨道的轴线的移动；所述方法还包括：将指示对马达的控制的电信号输入到至少一种机器学习算法；使用至少一种机器学习算法来分析输入的电信号，以预测将需要维修的时间帧；以及基于预测的时间帧输出以下各者中的至少一者：维修日期、维修票据、零件订单或其组合。
根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅意图用于说明的目的，并且不意图限制本公开的范围。
附图说明
为了能够很好地理解本公开，现在将参考附图以示例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：
图1为根据本公开的教导的自动化系统的透视图；
图2为图1的自动化系统的一部分的透视图，所述部分被示出为处于第一位置；
图3为图1的自动化系统的一部分的透视图，所述部分被示出为处于第二位置；以及
图4为图1的自动化系统的电缆托架的透视图；
图5为图4的电缆托架的一部分的侧视图；
图6为根据本公开的教导的第二构造的自动化系统的透视图；
图7是根据本公开的教导的以流程图的形式示出的用于操作自动化系统的方法的流程图；以及
图8是根据本公开的教导的以流程图的形式示出的另一种用于操作自动化系统的方法的流程图。
本文所述的图仅用于说明的目的，并且不意图以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的并且不意图限制本公开、应用或用途。应理解，贯穿附图，相对应的附图标记指示相似或相对应的零件和特征。提供示例是为了向本领域技术人员充分传达本公开的范围。阐述了许多具体细节，诸如具体部件、装置和方法的类型，以提供对本公开的变型的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，不一定要采用具体细节，并且本文所提供的示例可包括替代实施例，并且不意图限制本公开的范围。在一些示例中，没有详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术。
参考图1和图2，示出了示例性自动化机器或系统110。自动化系统110包括基座114、末端执行器总成118、机架122、第一电缆托架126、多条第一电线130和控制器134。基座114通常是固定的。基座114将机架122支撑在地面上方。机架122包括沿不同轴线(例如，X轴、Y轴和Z轴)设置的多个轨道。在所提供的示例中，机架122包括沿X轴的第一轨道138、沿X轴的第二轨道142和沿Y轴的第三轨道146。
在所提供的示例中，基座114附接到地板以支撑轨道138、142、146、158。在未具体示出的替代配置中，基座114可将轨道138、142、146、158从天花板、墙壁或另一结构悬挂而下。参考图3，第二轨道142由第三轨道146支撑，使得第二轨道142可沿Y轴相对于第一轨道138平移。图3示出了第二轨道142处于远离第一轨道138延伸的位置，而图1和图2示出了第二轨道142处于向第一轨道138的近侧缩回的位置。第三轨道146被配置为允许第二轨道142被定位在图1至图3所示的位置之间的中间位置。基座114还可包括第一驱动马达150，所述第一驱动马达150被配置为使第二轨道142沿第三轨道146(即，沿Y轴)平移。
末端执行器总成118包括平台154、第四轨道158、第二驱动马达162、第三驱动马达166和搬运装置170。平台154安装到第二轨道142，以沿第二轨道142(即，沿X轴)平移并与第二轨道142一起(即，沿Y轴)移动，但是也可使用其他配置。第四轨道158沿Z轴延伸。第四轨道158安装到平台154以便与其一起移动，但是可使用其他配置。搬运装置170由第四轨道158支撑，以沿第四轨道(即，沿Z轴)平移并与第四轨道158一起(即，沿X轴和Y轴)移动。搬运装置170还可可选地被配置为围绕Z轴旋转。第二驱动马达162安装到平台154并且被配置为使平台154沿第二轨道142移动，但是可使用其他配置。第三驱动马达166可安装到第四轨道158或搬运装置170，并且被配置为使搬运装置170沿第四轨道158移动，但是也可使用其他配置。在所提供的示例中，搬运装置170被配置为抓握和移动工件。在未具体示出的替代构造中，搬运装置170可包括工具，并且被配置为使用所述工具在工件174上执行诸如机加工、弯曲或焊接等操作。如图1所示，第二末端执行器总成118'可安装到第二轨道142，并且可类似于末端执行器总成118。
在所提供的示例中，第三驱动马达166经由多条第二电线178电联接到控制器134，所述第二电线178由第二电缆托架182支撑。第二电缆托架182沿Z轴收起和展开。在一种配置中，第二电缆托架182可包括多个链节(未具体示出)，所述链节被连接以允许第二电线178的受控移动，并且可被构造成与第一电缆托架126大体上类似，如以下参考图4和图5所述。
第一电线130具有被附接以与平台154一起沿X轴移动的第一端和被附接到基座114或机架122的第二端。第一电线130在控制器134与第二驱动马达162和第三驱动马达166、搬运装置170以及与平台154一起移动的任何传感器(未具体示出)之间提供电连通，所述传感器诸如被配置为确定搬运装置170的位置的传感器、被配置为确定驱动马达150、162、166的旋转位置的传感器，或者被配置为确定其他部件或工件的位置或移动的传感器。一些非限制性类型的传感器可包括拉力/推力传感器、速度传感器、霍尔效应传感器、电流传感器、电压传感器等。这样的传感器(未示出)可安装到自动化系统110的部件(例如，安装到导轨、马达、齿轮箱、轨道、CAT轨道)，或者可被单独支撑。
第一电线130由第一电缆托架126支撑。第一电缆托架126被配置为沿第一轨道138(即，沿X轴)收起和展开。图1和图2示出了末端执行器总成118在沿着X轴的不同位置，但是末端执行器总成118可位于它们之间(例如，在中间位置)。另外参考图4和图5，第一电缆托架126可为包括多个链节410的链，所述链节410连接在一起以沿着与第一电缆托架126的收起和展开方向(即，X轴)垂直的轴线枢转。链节410可被配置为限制第一电缆托架126的最小弯曲半径，以防止第一电线130扭结。第一电缆托架126可包括电线支撑件414，所述电线支撑件414跨过链节410延伸，以将第一电线130支撑在第一电缆托架126内并防止第一电线130缠结。
如图5所示，第一电缆托架126可在链节410之间包括滑靴510。滑靴510被配置为当收起和展开第一电缆托架126时沿第一轨道138和/或沿第一电缆托架126的其他滑靴接触并滑动，如图4所示。
返回图1，控制器134通常被配置为控制驱动马达150、162、166的操作，并且与驱动马达150、162、166电连通，以诸如经由电线130和178随之发送和接收信号。控制器134还可连接到传感器(未具体示出)，所述传感器可用于确定自动化系统110的部件的位置、移动或操作状态。
参考图6，示出了第二构造的自动化系统610。自动化系统610包括基座614、多轴机械臂618、末端执行器622和控制器626。在所提供的示例中，基座614固定到地面。在未具体示出的替代构造中，基座614可以不同的配置安装，诸如安装到机架、可移动平台、天花板或墙壁上。
在所提供的示例中，多轴机械臂618包括多个部分630、632、634、636、638，但是也可使用其他数量的部分。可将驱动马达(未具体示出)设置在基座614和部分630、632、634、636、638内，以使部分630、632、634、636、638围绕各个轴线旋转，如图所示。在所提供的示例中，机械臂618可围绕5个不同的轴线旋转，而末端执行器622围绕第六轴线旋转，如图所示。各种轴承(未示出)可设置在机械臂618内，以支撑部分630、632、634、636、638和末端执行器622以围绕轴线旋转。末端执行器622被配置为抓握工件(未示出)以移动工件。替代地，末端执行器622可被配置为抓握或操作用于在工件(未示出)上进行操作的工具(未示出)。
控制器626可类似于控制器134(图1)，除了本文另外示出或描述的以外。控制器626与操作机械臂618和末端执行器622的马达电连通，并且可与随机械臂618和/或末端执行器622移动的任何传感器(未具体示出)连通，所述传感器诸如被配置为确定末端执行器622或部分630、632、634、636、638的位置或移动的传感器，或者被配置为确定驱动马达(未示出)的旋转位置的传感器。控制器626还可与其他传感器(未示出)通信，诸如与机械臂618分开安装的那些传感器。控制器626被配置为操作马达(未示出)以移动部分630、632、634、636、638以及移动和操作末端执行器622。
参考图7，自主系统110可根据方法710进行操作。虽然本文参考自主系统110进行了描述，但是方法710可与自主系统610(图6)或其他自主系统(未具体示出)一起使用。
参考方法710，自主系统110在步骤714处以第一自主模式操作。在该第一自主模式期间，控制器134可自主控制马达150、162、166以移动并且操作搬运装置170以移动工件174和/或对工件174执行操作，如上所述。
当自主系统110以第一自主模式操作时，如步骤718中所示，控制器134监视一组第一电信号。该组第一电信号可为一个或多个信号。第一电信号指示自主系统110以第一自主模式操作，诸如马达控制或反馈信号。例如，第一电信号可为驱动电流、编码器位置和/或跟随器位置等。在一个配置中，这些第一电信号可为数控值。在另一种配置中，第一信号可包括从传感器(未示出)接收到的信号或数控值和感测值的组合。
在步骤722处，控制器134将该组第一电信号与第一组标准进行比较。步骤718和722的监视和比较可在自主系统110以第一自主模式操作期间实时进行，或者可在以后的时间记录和存储并比较第一电信号。如果第一电信号满足第一标准，则方法710前进到步骤726。
在用虚线示出的一种配置中，如果第一电信号不满足第一标准，则方法710返回到步骤714以继续正常操作。可选地，在不同的配置中，方法710可经由实线前进到步骤730。
对于自主系统110需要采取纠正措施(例如，维修或更换零件)的状况，第一标准可为第一电信号的已知值或期望值。例如，第一标准可为在正常范围之外而无法正常操作的驱动电流、编码器位置和/或驱动马达150、161、166的跟随器位置。第一标准还可包括来自传感器(未示出)的期望值。
在步骤726处，控制器134确定已经发生了异常工况。然而，此时，可能不知道异常工况是否是由于异常引起的。因此，方法710前进到步骤734。
在步骤734处，控制器134在经由步骤738监视一组第二信号时，以测试模式操作自主系统110。该组第二电信号可为一个或多个信号，并且可在类型上与第一电信号类似或不同。第二电信号指示自主系统110以测试模式操作，诸如马达控制或反馈信号。例如，第二电信号可为驱动电流、编码器位置和/或跟随器位置等。在一个配置中，这些第二电信号可为数控值。在另一种配置中，第二电信号可包括从传感器(未示出)接收到的信号或数控值和感测值的组合。
测试模式可为自主系统110在不对工件174执行永久操作的情况下执行移动的模式。例如，控制器134控制末端执行器总成118以重复已经引起第一信号满足第一标准的先前移动。这些移动可在有或没有工件174的情况下执行，前提是所述移动不是永久改变工件174的移动。在另一个示例中，控制器134控制末端执行器总成118以使总成118移动通过其整个运动范围内或其运动范围的子集。
在步骤742处，控制器134将所述第二电信号与一组第二标准进行比较。步骤738和742的监视和比较可在自主系统110以测试模式操作期间实时进行，或者可在以后的时间记录和存储并比较第二电信号。如果第二电信号满足第二标准，则方法710前进到步骤746。
如果第二电信号不满足第二标准，则方法返回到步骤714。换句话说，在步骤722处导致第一信号满足第一标准的条件可能已经是异常的，并且自主系统110可返回正常操作。
对于自主系统110需要采取纠正措施(例如，维修或更换零件)的状况，第二标准可为第二电信号的已知值或期望值。例如，第二标准可为在正常范围之外而无法在测试模式期间正常操作的驱动电流、编码器位置和/或驱动马达150、161、166的跟随器位置。第二标准还可包括来自传感器(未示出)的期望值。第二标准可与第一标准类似或不同。
在步骤746处，控制器134确定已经发生了异常状况。控制器134然后可可选地以一种或多种方式响应或输出。例如，控制器134可可选地进行到步骤750和754，其中控制器134生成并输出一张或多张票据，诸如维修维护票据和/或零件订购票据。例如，这样的票据可为存储在控制器134中的电子文件和/或电子地传输到另一位置处的另一计算机系统(未示出)以进行存储，或者可在一个或多个位置处被物理打印。可选地，控制器134可经由步骤758将自主系统110置于不可操作的模式。可维持这种不可操作的模式(经由步骤762)，直到操作员将其清除，从而经由步骤766将自主系统110重新置于可操作状态。在一种配置中，操作员可通过手动输入清除故障状况的命令来清除故障状况。
返回到可选步骤730，控制器134可检查以查看何时最后一次执行自主系统110的基线检查。如果自上次基线检查起的持续时间在允许的持续时间内，则方法710可返回到步骤714以继续正常操作。如果自上次基线检查起的持续时间长于允许的持续时间，则方法710可前进到步骤770。
在步骤770处，控制器134在经由步骤774监视一组第三信号时，以基线检测模式操作自主系统110。该组第三电信号可为一个或多个信号，并且可在类型上与第一信号和/或第二信号类似或不同。第三电信号指示自主系统110以基线检查模式操作，诸如马达控制或反馈信号。例如，第三电信号可为驱动电流、编码器位置和/或跟随器位置等。在一个配置中，这些第三电信号可为数控值。在另一种配置中，第三电信号可包括从传感器(未示出)接收到的信号或数控值和感测值的组合。
基线检查模式可为自主系统110在没有工件174的情况下执行已知移动的模式。例如，末端执行器总成118可移动通过其整个运动范围或其运动范围的子集。
在步骤778处，控制器134将所述第三电信号与一组第三标准进行比较。步骤774和778的监视和比较可在自主系统110以基线检查模式操作期间实时进行，或者可在以后的时间记录和存储并比较第三电信号。如果第三电信号满足第三标准，则方法710前进到步骤746。如果第三电信号不满足第三标准，则所述方法可返回到步骤714，并且自主系统110可以继续正常操作。
对于自主系统110需要采取纠正措施(例如，维修或更换零件)的状况，第三标准可为第三电信号的已知值或期望值。例如，第三标准可为在正常范围之外而无法在基线检查模式期间正常操作的驱动电流、编码器位置和/或驱动马达150、161、166的跟随器位置。第三标准还可包括来自传感器(未示出)的期望值。第三标准可与第一标准和/或第二标准类似或不同。
参考图8，自主系统110可根据方法810进行操作。虽然本文参考自主系统110进行了描述，但是方法810可与自主系统610(图6)或其他自主系统(未具体示出)一起使用。
参考方法810，自主系统110在步骤812处以自主模式操作。在该自主模式期间，控制器134可自主控制马达150、161、166以移动并且操作搬运装置170以移动工件174和/或对工件174执行操作，如上所述。
当自主系统110以自主模式操作时，控制器134在步骤814处监视控制信号。所述控制信号是用于控制马达150、161、166的操作的信号，例如，诸如驱动电流、编码器位置和/或跟随器位置。
在步骤818处，控制器134将控制信号或指示控制信号的值输入到机器学习算法中。机器学习算法的类型可为任何合适的类型，例如，诸如通过剪枝策略和多项式逻辑回归进行预测的变化点检测，以及用于预测的欧几里得距离。机器学习算法可为控制器134上的本地算法，也可为与控制器134通信的远程系统(未示出)上的算法。
在步骤822处，机器学习算法分析接收到的控制信号或指示所述控制信号的值。该分析可包括预测何时需要特定维修。
在步骤826处，机器学习算法和/或控制器134然后可输出期望的维修日期和/或生成并输出一张或多张票据，诸如维修维护票据和/或零件订购票据。
返回图7，在未具体示出的替代配置中，可类似于步骤818(图8)将步骤718中监视的第一信号、步骤738中监视的第二信号和/或步骤778中监视的第三信号输入到机器学习算法中，其中可类似于步骤822对它们进行分析，并类似于步骤826输出预期的维修日期和/或生成并输出一张或多张票据。
如本文中所使用的，短语A、B和C中的至少一者应被解释为使用非排他性逻辑“或”表示逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示“A中的至少一者、B中的至少一者，以及C中的至少一者”。
除非另有明确说明，否则指示机械/热性质、组分百分比、尺寸和/或公差或者其他特性的所有数值都应理解为在描述本公开的范围时由词语“约”或“近似”修饰。出于包括工业实践、制造技术和测试能力的各种原因，需要这种修饰。
本文中使用的术语仅仅是为了描述特定示例性形式，并且不意图进行限制。除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”也意图包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括性的，并且因此指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。除非具体指明按顺序进行，否则本文所述的方法步骤、过程和操作不应理解为必定需要以所讨论或所示的特定顺序进行。还应理解，可采用另外的或替代的步骤。
在本申请中，术语“控制器”可用术语“电路”替换。术语“控制器”可以是指以下项、是以下项的一部分或包括以下项：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；可组合的逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或群组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或群组)；提供所述的功能性的其他合适的硬件部件；或者上述的一些或全部的组合，诸如在片上系统中。
控制器可包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括连接到局域网(LAN)、互联网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的控制器的功能性可分布在经由接口电路连接的多个控制器之间。
在另一种形式中，本申请中所述的设备和方法可由专用计算机部分地或完全地实施，所述专用计算机通过将通用计算机配置为执行计算机程序中体现的一种或多种特定功能来产生。功能框、流程图组成和上述其他元件用作软件规范，该软件规范可通过技术人员或程序员的常规工作来转译成计算机程序。
本公开的描述在本质上仅是示例性的，并且因此不脱离本公开的实质的示例意图落入本公开的范围内。这些示例不应被视为脱离本公开的精神和范围。本公开的广泛教导可以以各种形式来实施。因此，虽然本公开包括特定示例，但本公开的真实范围不应限于此，因为在研究附图、说明书和所附权利要求之后，其他修改将变得显而易见。
根据本发明的实施例，所述机器是第一类型的机器，其包括基座、搬运装置、联接到搬运装置的多条电线以及基于机架或轨道的设备，所述设备支撑电线以相对于基座移动，其中所述机架被配置为沿着轨道收起和展开，并且驱动马达控制所述搬运装置沿着所述轨道的轴线的移动；或者是第二类型的机器，其是多轴底座机器人。
根据本发明，一种操作自动化机器的方法包括：以第一自主模式操作机器，在所述第一自主模式下，机器对工件执行操作；监视一组第一电信号，所述第一电信号是在第一自主模式期间由机器的控制单元发送或接收的信号，并且指示对马达的控制；周期性地使机器以基线检查模式操作，在所述基线检查模式下，机器在没有工件的情况下执行移动程序；在基线检查模式期间监视和记录指示对马达的控制的多组第二电信号；分析所述多组第二电信号的趋势；基于所述趋势预测故障状况；以及输出：
(a)预测将发生故障状况的预测故障日期；
(b)在预测将发生故障状况的预测故障日期之前的维修日期；
(c)预测将发生的故障状况类型；
(d)基于与机器的过去操作相对应的历史数据的规定性动作；或者
(e)(a)-(d)的任何组合。
根据一个实施例，第一电信号和第二电信号包括以下各者中的至少一者：编码器位置、跟随误差、扭矩传感器输出、加速度计输出以及马达驱动电流，其中所述机器包括多条电线、搬运装置、基座和机架，所述电线联接到搬运装置和基座，所述机架支撑电线以相对于基座移动，并且其中所述机架被配置为沿着轨道收起和展开，并且驱动马达控制所述搬运装置沿着所述轨道的轴线的移动。
根据一个实施例，本发明的特征还在于，将指示对马达的控制的电信号输入到至少一种机器学习算法；使用所述至少一种机器学习算法来分析输入的电信号，以预测将需要维修的时间帧；以及基于预测的时间帧输出以下各者中的至少一者：维修日期、维修票据、零件订购票据或其组合。

Claims (15)

1.一种用于监视机器的健康状况的方法，所述方法包括：
在所述机器以第一自主模式操作时监视指示对所述机器的马达的控制的一组第一电信号；
响应于该组第一电信号满足第一标准而确定已经发生了异常工况；
响应于所述确定已经发生了所述异常工况而使所述机器以测试模式操作；
在所述测试模式期间监视指示对所述马达的控制的一组第二电信号；以及
响应于该组第二电信号满足第二标准而确定故障状况。
2.如权利要求1所述的方法，其中该组第一电信号指示对所述马达的数字控制或指示子系统的机械响应。
3.如权利要求2所述的方法，其中该组第一电信号包括：(a)编码器位置和跟随误差中的至少一者；(b)所述马达的驱动电流；或(c)(a)和(b)的组合。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一自主模式是其中所述机器在工件上操作的正常操作模式，并且所述测试模式是其中所述机器移动通过预定运动而不在所述工件上操作的模式。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其还包括以下各者中的一者：
(a)响应于该组第二电信号满足所述第二标准而生成并输出维修票据；
(b)响应于该组第二电信号满足所述第二标准而生成并输出零件订购票据；
(c)将所述机器置于不可操作的状况，直到操作员清除所述故障状况为止；
(d)基于与所述机器的过去操作相对应的历史数据来执行规定性动作；或者
(e)(a)-(d)的任何组合。
6.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其还包括：
在没有事先确定已经发生了异常工况的情况下，周期性地使所述机器以自主基线检查模式操作；
在所述自主基线检查模式期间监视指示对所述马达的控制的一组第三电信号；以及
响应于该组第三电信号超过至少一个第三阈值而确定已经发生了故障状况。
7.如权利要求6所述的方法，其还包括：
记录和存储该组第三电信号；以及
将该组第三电信号与在先前以所述自主基准检查模式操作期间指示对所述马达的控制的先前记录的电信号进行比较。
8.如权利要求7所述的方法，其还包括：
将指示对所述马达的控制的电信号输入到至少一种机器学习算法中；
使用所述至少一种机器学习算法来分析所述输入的电信号，以预测将需要维修的时间帧；以及
基于所述预测的时间帧输出以下各者中的至少一者：维修日期、维修票据、零件订单或其组合。
9.一种用于机器的诊断控制器，其包括：
一个或多个微处理器，其被配置为：
在所述机器以第一自主模式操作时监视指示对所述机器的马达的控制的一组第一电信号；
响应于该组第一电信号超过至少一个第一阈值而确定已经发生了异常工况；
响应于所述确定已经发生了所述异常工况而指示所述机器以测试模式操作；
在所述测试模式期间监视指示对所述马达的控制的一组第二电信号；以及
响应于该组第二电信号超过至少一个第二阈值而确定故障状况。
10.如权利要求9所述的诊断控制器，其中该组第一电信号包括以下各者中的至少一者：指示所述马达的数字控制的信号、所述马达的驱动电流、或其组合。
11.如权利要求9所述的诊断控制器，其中所述一个或多个微处理器还被配置为执行以下各者中的一者：
(a)响应于该组第二电信号超过所述至少一个第二阈值而生成并输出维修票据；
(b)响应于该组第二电信号超过所述至少一个第二阈值而生成并输出零件订购票据；
(c)将所述机器置于不可操作的状况，直到操作员清除所述故障状况为止；
(d)基于与所述机器的过去操作相对应的历史数据来执行规定性动作；或者
(e)(a)-(d)的任何组合。
12.如权利要求9所述的诊断控制器，其中所述一个或多个微处理器还被配置为：
在没有事先确定已经发生了异常工况的情况下，周期性地指示所述机器以自主基线检查模式操作；
在所述自主基线检查模式期间监视指示对所述马达的控制的一组第三电信号；以及
响应于该组第三电信号超过至少一个第三阈值而确定已经发生了故障状况。
13.如权利要求12所述的诊断控制器，其中所述一个或多个微处理器还被配置为：
记录和存储该组第三电信号；以及
将该组第三电信号与在先前以所述自主基线检查模式操作期间指示对所述马达的控制的先前记录的电信号进行比较。
14.如权利要求13所述的诊断控制器，其中所述一个或多个微处理器还被配置为：
将指示对所述马达的控制的电信号输入到至少一种机器学习算法中；
使用所述机器学习算法来分析所述输入的电信号，以预测将需要维修的时间帧；以及
基于所述预测的时间帧输出以下各者中的至少一者：维修日期、维修票据、零件订单或其组合。
15.一种用于搬运工件的机器，其包括如权利要求9至14中任一项所述的诊断控制器并且还包括基座、搬运装置、联接到搬运装置的多条电线以及机架，所述机架支撑所述电线以相对于所述基座移动，其中所述机架被配置为沿着轨道收起和展开，并且所述驱动马达控制所述搬运装置沿着所述轨道的轴线的移动。
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