CN114888847A - 一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法 - Google Patents

一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114888847A
CN114888847A CN202210427564.8A CN202210427564A CN114888847A CN 114888847 A CN114888847 A CN 114888847A CN 202210427564 A CN202210427564 A CN 202210427564A CN 114888847 A CN114888847 A CN 114888847A
Authority
CN
China
Prior art keywords
joint
cloud
service
test
transmission error
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210427564.8A
Other languages
English (en)
Inventor
石照耀
程慧明
吴冬雨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN202210427564.8A priority Critical patent/CN114888847A/zh
Publication of CN114888847A publication Critical patent/CN114888847A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0095—Means or methods for testing manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法，涉及精密传动系统测试技术与装备技术领域。在建立各种服务的基础上，开发面向关节的云测试、云分析、云数据交换、云储存、云数据挖掘等业务模块；运用参数纵向集成信号，将关节输入端编码器的角度信号、输出端编码器的角度信号，以微服务架构下结合在一起，作为端点监测的特征参数，实现实时数据采集；综合嵌入约束、证据组合和人工神经网络方法，构建关节运行实时传动精度状态表征体系，建立面向使用场景的关节多传感器冗余数据融合模型，实现输入端和输出端编码器数据快速采集。本发明提出的在线测试方法测试成本低、不需要专用的测试设备，即可满足关节在线传动误差测试的需求。

Description

一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法
技术领域
本发明属于精密传动系统测试技术与装备技术领域，更具体地说，是涉及一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法。
背景技术
随着服务机器人数量和种类的快速增加，与此相适应的对机器人关节的表征、测试和评价也成为了研究热点。关节是机器人执行姿态变换的关键部件，其性能对服务机器人的整机性能和可靠性起决定性作用。关节主要由传动、控制和传感三部分组成，其中传动部分由电机、减速器和结构件组成，控制部分由驱动模块及控制通信模块组成，传感器部分使用了关节输出轴位置传感器和电机位置传感器。
传动误差(Transmission Error，以下简称TE)是表征机器人关节传动精度的关键指标，是指：对应伺服电机任意转角，关节的实际输出转角与理论转角之间的差值。TE的存在会造成关节运动传递关系的非线性，会对整个系统的定位精度、动态性能及寿命产生严重影响，因此对关节TE的控制是提高服务机器人性能的基础。关节是一种复杂的机电一体化产品，由于在工作原理、机械结构、传感器配置、控制方式和使用场景等方面不同于其他的齿轮传动机构，使得对关节TE的测试也存在不同，因此在测试方法上带来了一系列的不确定和难点问题。
传统的传动误差测试系统都是依托于单台测试仪器或设备的控制模式，不利于现代制造业生产线的批量化生产质检和基于机器人整机对关节TE进行测试。根据GB/T35089-2018对精密减速器TE测试设备的规定，通过在减速器的输入端和输出端都采用位置检测传感器采集角度数据，再通过计算实际转角与理论转角的差值得到TE。采用上述方法对关节TE进行测试存在依赖专门的测试仪器、无法在线测试和测试成本高的问题，会影响企业实际生产的各个方面。关节TE的测试有几个要求，首先是保证关节的完整性，不破坏结构；其次是对关节整机的TE进行测试，不能仅对减速器部分进行测试；最后是对小型关节的测试要满足现场快速更换、即装即测、多兼容。综上所述，需要找到一种低成本、不需要专用的测试设备、满足大批量关节在线TE测试的方法。
发明内容
针对目前关节TE存在依赖专用测试设备、无法在线测试和测试成本高的问题，本发明提出了一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法，该方法综合考虑弹性功能业务的敏捷开发、集成、测试、部署和运维，搭建基于微服务架构与传感器技术的关节传动误差云测试系统，实现大批量机器人关节TE在线测试。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：利用公有云技术，选择合适的公有云运营商，为终端用户提供软件服务，采用Spring Cloud微服务技术架构，开发建设云服务基础组件。在建立统一门户服务、统一数据服务、统一资源服务、统一算法服务、统一设备管理服务和统一安全服务的基础上，根据机器人关节的技术特点和测试、使用过程中的业务需求，开发面向关节的云测试、云分析、云数据交换、云储存、云数据挖掘等业务模块。根据用户需求，云计算平台的各基础服务和功能模块可对外公开全部或部分API，形成开放兼容的生态格局。运用一种用于端点监测的参数纵向集成信号，基于无线通信模块，将关节输入端编码器的角度信号、输出端编码器的角度信号，以微服务架构下不同维度结合在一起，作为端点监测的特征参数，实现实时数据采集；综合嵌入约束、证据组合和人工神经网络方法，构建关节运行实时传动精度状态表征体系，建立面向使用场景的关节多传感器冗余数据融合模型，实现输入端和输出端编码器数据快速采集。
优选地，机器人关节通过无线通信模块与云测试平台进行通信，用户通过云测试平台代的理服务器发送指令给机器人关节，使得机器人关节开始测试。关节中的输入端位置编码器和输出端位置编码器实时采集输入端和输出端的位置信息，首先将采集的数据发送至嵌入到关节控制器中关节硬件微服务架构APP中，进行基本的处理，再通过无线通信模块将处理后的数据发送至云测试平台代的理服务器中。收集到数据后，结果分析服务区中的数据处理模块和数据存储模块开始工作，按照公式计算传动误差，绘制传动误差曲线。同时云测试平台依据测试标准对传动误差曲线进行评定，给出测试结果，完成测试。用户可通过的服务端的关节应用APP查看结果。
优选地，计算传动误差的公式如下所示：
Figure BDA0003608961780000021
其中，θ1(t)、θ2(t)分别为输入端和输出端的转角，i为关节减速器的传动比。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明提出了一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法，该方法成本低、不需要专用的测试设备，满足关节在线传动误差测试的需求；
2、本发明解决了无法在不破坏关节结构的情况下进行传动误差测试的难题，并且测试所得结果更符合关节的实际工况，还具有测试效率高、测试步骤简单、测试结果反映信息更加全面等优点；
3、利用该方法实现了多种关节的传动误差的测试，为建立面向机器人关节的全局质量评价体系提供了坚实基础。
附图说明
图1为关节传动误差测试云架构示意图；
图2为关节传动误差云测试示意图；
图3为传动误差曲线示意图；
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
机器人关节的齿轮传动链是由多对齿轮副组成的齿轮传动系统，其TE为传动链输出端齿轮相对于输入端齿轮的实际位置与理论位置的差值，数学表达式如式(1)所示。其中，TEn为第n级传动的TE，in-1为由n对齿轮副的传动链的总传动比。
Figure BDA0003608961780000031
在实际测试过程将关节当成黑盒处理，测试设备简图如图1所示。分别通过关节电机端的位置编码器和测试设备的圆光栅获得输入端和输出端的位置信息，从而计算TE。
此时关节TE的数学表达式如式(2)，其中，θ1(t)、θ2(t)分别为输入、输出端的转角，i分别为关节减速器的传动比。
Figure BDA0003608961780000032
典型的机器人关节是由直流无刷力矩电机、谐波减速器、控制器和多种传感器深度融合的统一体，其中关节的输入端(电机端)和输出端(减速器输出端)都安装有位置编码器。因此可以通过采集关节两端的位置编码器分别获得输入端和输出端的位置信息，从而计算TE，计算公式如(2)所示。
由于仅利用关节自身的位置编码器数据采集位置信息，因此如何将位置信息传递出来和在线分析数据，进而完成测试是需要考虑的问题。本方案通过在关节中安装无线通信模块，搭建云测试平台，实现在线测试。
本发明提出了一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法，该方法综合考虑弹性功能业务的敏捷开发、集成、测试、部署和运维，搭建基于微服务架构与传感器技术的关节传动误差云测试系统，实现大批量机器人关节TE在线测试。
如图1-3所示，利用公有云技术，选择合适的公有云运营商，终端用户提供软件服务，采用Spring Cloud微服务技术架构，开发建设云服务基础组件。在建立统一门户服务、统一数据服务、统一资源服务、统一算法服务、统一设备管理服务和统一安全服务的基础上，根据机器人关节的技术特点和测试、使用过程中的业务需求，开发面向关节的云测试、云分析、云数据交换、云储存、云数据挖掘等业务模块。根据用户需求，云计算平台的各基础服务和功能模块可对外公开全部或部分API，形成开放兼容的生态格局；运用一种用于端点监测的参数纵向集成信号，基于无线通信模块，将关节输入端编码器和输出端编码器的角度信号，以微服务架构下不同维度结合在一起，作为端点监测的特征参数，实现实时数据采集；综合嵌入约束、证据组合和人工神经网络方法，构建关节运行实时传动精度状态表征体系，建立面向使用场景的关节多传感器冗余数据融合模型，实现输入端和输出端编码器数据快速采集。
具体测试流程为：机器人关节通过无线通信模块与云测试平台进行通信，用户通过云测试平台代的理服务器发送指令给机器人关节，使得机器人关节开始测试；关节中的输入端端编码器和输出端编码器实时采集输入端和输出端的位置信息，首先将采集的数据发送至嵌入到关节控制器中关节硬件微服务架构APP中，进行基本的处理，再通过无线通信模块将处理后的数据发送至云测试平台代的理服务器中；收集到数据后，结果分析服务区中的数据处理模块和数据存储模块开始工作，按照公式计算传动误差，绘制传动误差曲线，同时云测试平台依据测试标准对传动误差曲线进行评定，给出测试结果，完成测试；用户可通过服务端的关节应用APP查看结果。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法，其特征在于，包括以下内容：利用公有云技术，选择合适的公有云运营商，为终端用户提供软件服务，采用Spring Cloud微服务技术架构，开发建设云服务基础组件。在建立统一门户服务、统一数据服务、统一资源服务、统一算法服务、统一设备管理服务和统一安全服务的基础上，根据机器人关节的技术特点和测试、使用过程中的业务需求，开发面向关节的云测试、云分析、云数据交换、云储存、云数据挖掘等业务模块。根据用户需求，云计算平台的各基础服务和功能模块可对外公开全部或部分API，形成开放兼容的生态格局；运用一种用于端点监测的参数纵向集成信号，基于无线通信模块，将关节输入端编码器和输出端编码器的角度信号，以微服务架构下不同维度结合在一起，作为端点监测的特征参数，实现实时数据采集；综合嵌入约束、证据组合和人工神经网络方法，构建关节运行实时传动精度状态表征体系，建立面向使用场景的关节多传感器冗余数据融合模型，实现输入端和输出端编码器数据快速采集。
2.根据权利要求1所示的一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法，其特征在于，具体测试流程为：机器人关节通过无线通信模块与云测试平台进行通信，用户通过云测试平台代的理服务器发送指令给机器人关节，使得机器人关节开始测试；关节中的输入端编码器和输出端编码器实时采集输入端和输出端的位置信息，首先将采集的数据发送至嵌入到关节控制器中关节硬件微服务架构APP中，进行基本的处理，再通过无线通信模块将处理后的数据发送至云测试平台代的理服务器中；收集到数据后，结果分析服务区中的数据处理模块和数据存储模块开始工作，按照公式计算传动误差，绘制传动误差曲线，同时云测试平台依据测试标准对传动误差曲线进行评定，给出测试结果，完成测试；用户可通过服务端的关节应用APP查看结果。
3.根据权利要求2所示的一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法，其特征在于，计算传动误差的公式如下所示：
Figure FDA0003608961770000011
其中，θ1(t)、θ2(t)分别为输入端和输出端的转角，i为关节减速器的传动比。
CN202210427564.8A 2022-04-21 2022-04-21 一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法 Pending CN114888847A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210427564.8A CN114888847A (zh) 2022-04-21 2022-04-21 一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210427564.8A CN114888847A (zh) 2022-04-21 2022-04-21 一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114888847A true CN114888847A (zh) 2022-08-12

Family

ID=82718400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210427564.8A Pending CN114888847A (zh) 2022-04-21 2022-04-21 一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114888847A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106370424A (zh) * 2016-12-02 2017-02-01 江苏理工学院 一种用于测试多种型号rv减速器动态性能的测试装置
CN108015797A (zh) * 2017-12-01 2018-05-11 湖北工业大学 一种rv减速机传动误差在线监测方法
CN110926801A (zh) * 2019-12-23 2020-03-27 北京工业大学 一种服务机器人小型关节综合性能测试机
US20210316451A1 (en) * 2020-04-13 2021-10-14 Orangewood Labs Inc. System and/or method for error compensation in mechanical transmissions

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106370424A (zh) * 2016-12-02 2017-02-01 江苏理工学院 一种用于测试多种型号rv减速器动态性能的测试装置
CN108015797A (zh) * 2017-12-01 2018-05-11 湖北工业大学 一种rv减速机传动误差在线监测方法
CN110926801A (zh) * 2019-12-23 2020-03-27 北京工业大学 一种服务机器人小型关节综合性能测试机
US20210316451A1 (en) * 2020-04-13 2021-10-14 Orangewood Labs Inc. System and/or method for error compensation in mechanical transmissions

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
石照耀等: "服务机器人小型关节综合性能测试机", 服务机器人小型关节综合性能测试, vol. 28, no. 8, pages 1707 - 1714 *
郭晓忠: "云平台下的齿轮三维测量关键技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》, no. 06, pages 23 - 53 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109129574B (zh) 服务机器人运动系统云端故障诊断系统及方法
CN102520697B (zh) 一种远程协同诊断的现场信息预处理方法
WO2023006080A1 (zh) 物流机器人数字孪生系统
CN104595112A (zh) 风力涡轮机及评估其上叶片健康状态的方法
CN105415374A (zh) 基于协同测量的机械手传动单元在线故障诊断系统
CN101429877B (zh) 汽轮发电机组联轴器角度不对中故障实时诊断方法
CN107422718A (zh) 一种工业机器人故障诊断方法
CN103310038A (zh) 一种旋转导向执行机构的虚机实电仿真系统及仿真方法
CN114004256A (zh) 基于数字孪生体的制造装备主轴承的故障诊断方法
Jaber Design of an intelligent embedded system for condition monitoring of an industrial robot
CN110543142A (zh) 一种数控机床故障诊断与预警系统
Yang et al. Survey and study on intelligent monitoring and health management for large civil structure
CN111795819B (zh) 一种融合振动与电流信号协同学习的齿轮箱故障诊断方法
CN209296300U (zh) 一种智能化振动分析及故障诊断装置
CN112697267A (zh) 一种工业设备异常振动检测装置
CN115408828A (zh) 基于opc ua协议的数字孪生车间虚实同步运行方法、系统
CN204591656U (zh) 基于工业互联网的火电厂机泵设备故障预警与检修优化系统
CN110987396B (zh) 一种用于采煤机摇臂的智能故障诊断及寿命预测方法
CN106154838A (zh) 一种定位装置的残余振荡抑制方法及系统
CN111469128A (zh) 一种关节型机器人电流耦合信号分离提取方法
CN114888847A (zh) 一种基于云架构的机器人关节传动误差在线测试方法
CN114019935A (zh) 一种基于工业物联网设备实时检测诊断系统
D’Emilia et al. Sensor fusion for more accurate features in condition monitoring of mechatronic systems
CN114700939B (zh) 一种协作机器人关节负载转矩观测方法、系统及存储介质
CN115290317A (zh) 基于多源信息融合的工业机器人减速器健康状态评估方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination