CN117969052A - 机器人故障检测方法、装置、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供了机器人故障检测方法、装置、系统、电子设备及存储介质。方法包括：获取输入扫频信号；根据输入扫频信号对机器人的电机进行旋转控制，并通过编码器持续采集电机的转速信息；根据电机的转速信息生成输出扫频信号；根据输入扫频信号和输出扫频信号生成伺服轴的频率特性数据；将频率特性数据与标准频率数据进行对比，得到伺服轴的频率特性比对结果；当频率特性比对结果为频率特性数据满足标准频率数据时，生成第一检测结果。不需要机器人检测设备的情况下，利用电机与伺服轴传动机构相连的特点，通过机器人自身的电机运行状态表征伺服轴情况，实现伺服轴的装配检测，降低了测试难度和测试成本，提升了测试效率。

Description

机器人故障检测方法、装置、系统、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及一种机器人故障检测方法、装置、系统、电子设备及存储介质。

背景技术

工业机器人控制器与驱动器都是机器人关键的核心零部件，其作用直接影响到机器人的使用性能。机器人控制器主要负责机器人的运动控制、人机交互等，驱动器主要负责机器人各个关节电机运动控制，控制器与驱动器之间通过工业总线实现通讯，这种设计方式容易使得布线凌乱、体积增大，导致工业机器人的安装、生产、布局等成本增加。

针对上述问题，现有技术往往设计一个驱控一体的机器人系统，将控制系统、驱动系统结合在一起实现对工业机器人的驱动与控制。但是，这种驱控一体的工业机器人部件繁多、装配复杂，往往需要复杂的检测设备，配合大量传感器实现工业机器人装配后的检测诊断，检测成本高。

发明内容

本申请提供了一种机器人故障检测方法、装置、电子设备及可读存储介质。通过输入扫频信号控制电机旋转运动时采集的电机转速生成输出扫频信号，将输入扫频信号和输出扫频信号对比得到频率特性数据，从而判断受电机控制的伺服轴的装配后是否存在异常，解决了现有驱控一体的工业机器人装配后检测成本高的问题。

第一方面，本申请提供了一种机器人检测方法，该方法包括：

获取输入扫频信号；

根据所述输入扫频信号对机器人的电机进行旋转控制，并通过所述电机的编码器持续采集所述电机的转速信息；

根据所述电机的转速信息生成输出扫频信号；

根据所述输入扫频信号和所述输出扫频信号生成所述机器人的伺服轴的频率特性数据，其中，所述电机与所述伺服轴相连；

将所述频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行对比，得到所述伺服轴的频率特性比对结果，其中，所述标准频率数据预先根据装配正常的机器人对应的输入扫频信号和输出扫频信号计算得到；

当所述频率特性比对结果为所述频率特性数据满足所述标准频率数据时，生成第一检测结果。

可选的，本申请提供的机器人故障检测方法还包括：

根据所述输入激励信号和所述输出激励信号进行幅值比计算，得到幅值比计算结果；

根据所述输入激励信号和所述输出激励信号进行相位差计算，得到相位差计算结果；

根据所述幅值比计算结果和所述相位差计算结果生成所述频率特性数据。

可选的，本申请提供的机器人故障检测方法还包括：

将所述第一电机对应的频率特性数据与所述第一伺服轴标准频率进行对比，得到所述第一伺服轴的频率特性比对结果；

将所述第二电机对应的频率特性数据与所述第二伺服轴标准频率进行对比，得到所述第二伺服轴的频率特性比对结果。

可选的，本申请提供的机器人故障检测方法还包括：

将所述带宽数据与所述标准带宽进行对比，得到所述带宽比对结果。

可选的，本申请提供的机器人故障检测方法还包括：

当所述带宽比对结果为所述带宽满足所述标准带宽时，将所述幅频特性数据与所述标准幅频特性进行对比，得到所述幅频特性比对结果；

当所述幅频特性比对结果为所述幅频特性数据满足所述标准幅频特性时，生成第二检测结果。

可选的，本申请提供的机器人故障检测方法还包括：

当所述幅频特性比对结果为所述幅频特性数据满足所述标准幅频特性时，将所述谐振频率数据与所述标准谐振频率进行对比，得到所述谐振频率比对结果；

当所述谐振频率比对结果为所述谐振频率数据满足所述标准谐振频率时，生成第三检测结果。

第二方面，本申请还提供一种机器人故障检测装置，包括：

输入扫频信号获取模块，用于获取输入扫频信号；

转速采集模块，用于根据所述输入扫频信号对机器人的电机进行旋转控制，并通过所述电机的编码器持续采集所述电机的转速信息；

输出扫频信号获取模块，用于根据所述电机的转速信息生成输出扫频信号；

频率特性计算模块，用于根据所述输入扫频信号和所述输出扫频信号生成所述机器人的伺服轴的频率特性数据，其中，所述电机与所述伺服轴相连；

频率特性比对模块，用于将所述频率特性数据与标准频率数据进行对比，得到所述伺服轴的频率特性比对结果，其中，所述标准频率数据预先根据装配正常的机器人对应的输入扫频信号和输出扫频信号计算得到；

第一检测模块，用于当所述频率特性比对结果为所述频率特性数据满足所述标准频率数据时，生成第一检测结果。

第三方面，本申请还提供一种机器人故障检测系统，包括电机控制模块和机械诊断模块；

所述电机控制模块，用于获取输入扫频信号，根据所述输入扫频信号对所述电机进行旋转控制，并持续采集所述电机的转速信息，根据所述电机的转速信息生成输出扫频信号并将所述输入扫频信号和所述输出扫频信号发送给所述机械诊断模块；

所述机械诊断模块，用于接收所述电机控制模块发送的所述输入扫频信号和所述输出扫频信号，根据所述输入扫频信号和所述输出扫频信号生成所述伺服轴的频率特性数据，将所述频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行对比，得到所述伺服轴的频率特性比对结果，当所述频率特性比对结果为所述频率特性数据满足所述标准频率数据时，生成第一检测结果。

第四方面，本申请还提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器，所述存储器存储可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的机器人故障检测方法的步骤。

第五方面，本申请实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的机器人故障检测方法的步骤。

本申请提供的技术方案中，根据输入扫频信号对机器人的电机进行运动控制，采集电机受控时的转速信息并生成输出扫频信号，将输入扫频信号与输出扫频信号计算得到的频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行比对，从而判断电机相连伺服轴是否存在故障。由于电机受伺服软件控制时控制的输入信号与反馈的输出信号实质并不是完全一致的，存在因为幅值衰减或相位改变导致的特性数据变化，本申请将需要检测的机器人的数据变化与预先设置的标准数据变化进行比对，利用了电机与伺服轴等传动机构机密相连，能够通过机器人自身的电机运行状态表征电机相连伺服轴的运行情况的特点，通过判断电机反馈的输出信号是否与标准数据一致的方式，确定电机相连的伺服轴是否存在故障，只需要通过电机上自带的编码器获取电机的转速信息，不需要通过视觉传感器或噪音传感器等传感器即可实现机器人故障检测，降低了机器人故障测试难度和测试成本，提升了机器人装配测试效率。

并且，本申请提供的技术方案中输入信号和输出信号均为扫频信号，扫频信号是一种幅度不变、在一个频段内频率随时间上升或下降的信号，根据输入扫频信号和输出扫频信号的差异能够表征电机反馈的输出信号和用于控制电机的输入信号的幅度、相位等特性数据与频率变化的关系，相比单一频率的输入输出信号特性表征更明显，进一步保障了本申请故障测试的准确性。

上述说明仅是本申请提供的技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本申请实施例提供的机器人检测方法示意图之一；

图2是本申请提供的一种机器人驱控一体系统连接关系示例；

图3是本申请提供的一种机器人驱控一体系统内部模块示例；

图4是本申请实施例提供的机器人检测方法示意图之二；

图5是本申请提供的一种正弦扫频信号波形示例；

图6是本申请提供的一种机械扫频诊断模块内部模块示例；

图7是本申请实施例提供的机器人检测方法示意图之三；

图8是本申请提供的一种机械扫频诊断模块交互示例；

图9是本申请实施例提供的机器人检测方法示意图之四；

图10是本申请实施例提供的机器人检测方法示意图之五；

图11是本申请实施例提供的机器人检测方法示意图之六；

图12是本申请提供的一种机器人检测流程示例；

图13是本申请实施例提供的机器人检测装置示意图；

图14是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

工业机器人是一种拟人手臂的机械电子装置。其核心零部件包括控制器和驱动器。工业机器人的控制器用于实现机器人的运动控制与人机交互等功能，工业机器人的驱动器用于对机器人各个关节电极进行运动控制。为了实现控制器与驱动器之间的信息交互，往往需要设置大量的工业总线进行连接。但这些工业总线布线繁琐凌乱，占据空间大，导致工业机器人的安装、生成和布局成本显著上升。

针对上述问题，现有技术往往采用将工业机器人的控制器和驱动器相互结合，实现工业机器人的驱控一体效果，但是这种工业机器人驱控一体系统构成传动机械部件繁多，装配复杂，往往由人工进行工业机器人的装配。人工装配后的工业机器人在短期运行中难以发现装配不良或装配工艺不合格的问题，容易导致生产出来的产品不合格或一致性较差的问题。往往需要复杂的检测设备，配合大量传感器实现工业机器人装配后的检测诊断，检测成本高。而装配或的工业机器人在长期使用后，还会出现异响、定位不准等问题，但使用工业机器人的现场资源优先，难以快速定位具体为工业机器人的哪一个轴出现故障，需要的大量时间和人力成本去确定故障原因，维护效率低下。

本申请提供的技术方案中，首先生成输入扫频信号，例如通过机器人驱控一体系统中的伺服软件形成一段扫频信号，并根据输入扫频信号调整电机，并根据调整时的电机运行信息生成输出扫频信号，将输入扫频信号和输出扫频信号对比得到频率特征数据，从而判断受电机控制的伺服轴的装配后是否存在异常。能够通过控制伺服轴的电机的运行信息分别形成输入扫频信号和输出扫频信号，计算得到的频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行故障检测，在不需要机器人专业检测设备和传感器的配合的情况下，利用电机与伺服轴等传动机构机密相连的特点，仅通过机器人自身的电机运行状态表征伺服轴的运行情况，从而实现伺服轴的装配检测，降低了机器人装配测试难度和测试成本，提升了机器人装配测试效率。

具体的，本申请提供的技术方案在工业机器人装配完成后能够快速诊断检查工业机器人各轴装配是否正常，是否符合出厂标准，杜绝不良品流出，免除复杂测试。本申请提供的技术方案还能在工业机器人售后出现异响或定位不准时快速诊断定位具体发生问题的伺服轴，根据频率特性判断机械部件问题，从而提升工业机器人的维护效率。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请提供的机器人故障检测方法、装置、电子设备及非易失性可读存储介质进行详细地说明。

本申请的第一实施方式涉及一种机器人检测方法，如图1所示，包括：

步骤101、获取输入扫频信号；

步骤102、根据所述输入扫频信号对机器人的电机进行旋转控制，并通过所述电机的编码器持续采集所述电机的转速信息；

步骤103、根据所述电机的转速信息生成输出扫频信号；

步骤104、根据所述输入扫频信号和所述输出扫频信号生成所述机器人的伺服轴的频率特性数据，其中，所述电机与所述伺服轴相连；

步骤105、将所述频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行对比，得到所述伺服轴的频率特性比对结果，其中，所述标准频率数据预先根据装配正常的机器人对应的输入扫频信号和输出扫频信号计算得到；

步骤106、当所述频率特性比对结果为所述频率特性数据满足所述标准频率数据时，生成第一检测结果。

具体的，本申请提供的机器人故障检测方法，如图2所示，本申请主要应用于一种机器人驱控一体系统中，机器人驱控一体系统一端与工业机器人连接，用于对工业机器人的轨迹姿态等运动动作进行控制，例如获取工业机器人的运行数据，并向工业机器人发送驱动指令或控制指令，实现对工业机器人的电机驱动效果和动作控制效果。机器人驱控一体系统的另一端与显示屏或显示器通过以太网连接，用于提供人机交互效果，例如将控制驱动过程中的相关参数、控制驱动结果输出显示。其中，显示器和显示屏也可以是工业机器人自身配置的示教器，本申请不作限制。

具体的，如图3所示，机器人驱控一体系统中同时包括运动控制子系统和驱动控制子系统，运动控制子系统和驱动控制子系统之间通过内部高速总线进行数据交互。运动控制子系统中包括机器人动力控制模块、机器人运动控制模块、轨迹路径规划控制模块、伺服位置控制模块和机械扫频诊断模块，而驱动控制子系统中设置有伺服速度控制模块和伺服电流控制模块。

首先，运动控制子系统中的伺服位置控制模块通过配置的伺服软件生成一段输入扫频信号。其中，输入扫频信号可以根据用户需求自行设置，也可以通过采集得到伺服电机的转速和位置后通过伺服软件形成。得到输入扫频信号并发送给运动控制子系统中的机械扫频诊断模块。其次，由机械扫频诊断模块将输入扫频信号发送给驱动控制子系统，进行伺服电机的控制调整。在根据输入扫频信号调整控制伺服电机时，运动控制子系统中的伺服位置控制模块持续采集得到伺服电机的转速信息，并通过配置的伺服软件对转速信息进行处理，得到输出扫频信号后发送给机械扫频诊断模块。最后，机械扫频诊断模块根据输入扫频信号和输出扫频信号进行比对，得到频率特性数据，并与预先设置的标准频率数据比对，生成第一检测结果。其中，伺服位置控制模块采集的第一电机运行信息和第二电机运行信息包括电机的转速信息和电机的位置信息。这些运行信息可以通过伺服电机上安装的编码器持续传输到伺服位置控制模块中。

需要强调的是，本申请提供的机器人故障检测方法中，第二电机运行信息的采集动作与驱动控制子系统根据输入扫频信号控制电极旋转的控制动作同步进行。具体的，当驱动控制子系统根据输入扫频信号对伺服电机进行持续地动作控制时，通过电机上配置的编码器将伺服电机此时的运行数据持续发送给运动控制子系统中的伺服位置控制模块，供伺服位置控制模块通过伺服软件进行输出扫频信号的生成。

此外，本申请提供的机器人故障检测方法中，标准频率数据可以由本领域技术人员根据实际需求进行设定，也可以通过测量其余标准装配后的工业机器人的方式进行确定。举例来说，在进行一个工业机器人的装配检测前，也可以通过本申请提供的机器人故障检测方法生成一个标准装配的工业机器人的输入扫频信号和输出扫频信号，将其比对得到的频率特性数据结合用户实际需求，生成标准频率数据的范围，从而参与机器人装配判断。

由于工业机器人的每一条伺服轴分别与一个伺服电机相连，本申请提供的技术方案中，只需要对每一个伺服电机均进行一次装配检测，即可得到工业机器人整体的装配结果。并且，本申请提供的技术方案还能够根据不同的装配检测结果快速确定出现异常的伺服电机和伺服轴，快速诊断定位具体发生问题的伺服轴，根据频率特性判断机械部件问题，从而提升工业机器人的维护效率。

本申请提供的技术方案中，根据输入扫频信号对机器人的电机进行运动控制，采集电机受控时的转速信息并生成输出扫频信号，将输入扫频信号与输出扫频信号计算得到的频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行比对，从而判断电机相连伺服轴是否存在故障。由于电机受伺服软件控制时控制的输入信号与反馈的输出信号实质并不是完全一致的，存在因为幅值衰减或相位改变导致的特性数据变化，本申请将需要检测的机器人的数据变化与预先设置的标准数据变化进行比对，利用了电机与伺服轴等传动机构机密相连，能够通过机器人自身的电机运行状态表征电机相连伺服轴的运行情况的特点，通过判断电机反馈的输出信号是否与标准数据一致的方式，确定电机相连的伺服轴是否存在故障，只需要通过电机上自带的编码器获取电机的转速信息，不需要通过视觉传感器或噪音传感器等传感器即可实现机器人故障检测，降低了机器人故障测试难度和测试成本，提升了机器人装配测试效率。

并且，本申请提供的技术方案中输入信号和输出信号均为扫频信号，扫频信号是一种幅度不变、在一个频段内频率随时间上升或下降的信号，根据输入扫频信号和输出扫频信号的差异能够表征电机反馈的输出信号和用于控制电机的输入信号的幅度、相位等特性数据与频率变化的关系，相比单一频率的输入输出信号特性表征更明显，进一步保障了本申请故障测试的准确性。

在上述实施方式的基础上，如图4所示，输入扫频信号为正弦逐点扫描法构建的输入激励信号，输出扫频信号为正弦逐点扫描法构建的输出激励信号，本申请提供的机器人检测方法中，步骤105包括：

步骤151、根据所述输入激励信号和所述输出激励信号进行幅值比计算，得到幅值比计算结果；

步骤152、根据所述输入激励信号和所述输出激励信号进行相位差计算，得到相位差计算结果；

步骤153、根据所述幅值比计算结果和所述相位差计算结果生成所述频率特性数据。

具体的，本申请提供的机器人故障检测方法中，输入扫频信号和输出扫频信号可以是正弦煮点扫描法构建的正弦输入激励信号和正弦输出激励信号，如图5所示，这种激励信号的幅度值不会改变，而频率根据时间逐渐增大，波形随时间而逐渐变得密集，能够用于测试伺服系统的频率特征。此外，也可以将幅度值不会改变，频率根据时间逐渐减小，波形随时间而逐渐变得疏松的激励信号作为正弦输入激励信号和正弦输出激励信号。

其中，本申请提供的机器人故障检测方法中，输入扫频信号和输出扫频信号也不仅局限于正弦逐点扫描法一种，用户可以根据自身需求选择扫频信号的生成方式，例如通过软件构建曲线函数，并配合对应的硬件设备形成扫频信号，本申请不作限制。

如图6所示，运动控制子系统中的机械扫频诊断模块包括正弦扫频信号生成模块、反馈信号采集处理模块、运算对比模块和数据存储模块。机械扫频诊断模块中的正弦扫频信号生成模块根据伺服位置控制模块采集处理的信息生成正弦输入激励信号对应伺服电机的正弦波速度指令信号，反馈信号采集处理模块根据伺服位置控制模块采集处理的信息生成正弦输出激励信号对应伺服电机的正弦波速度响应信号，运算对比模块用于将输入激励信号和输出激励信号进行对比得到频率特性数据，并与数据存储模块中预先存储的标准频率数据进行比对，从而得到伺服轴的装配检测结果。

举例来说，正弦输入激励信号如式1所示：

u(t)＝Asin(ωt) (1)

其中，u(t)为正弦输入激励信号对应伺服电机的正弦波速度指令信号，A为正弦输入激励信号对应的幅度，ωt为正弦输入激励信号对应的正弦波频率，t为时间。

正弦输出激励信号如式2所示：

其中，y(t)为正弦输出激励信号对应伺服电机的正弦波速度响应信号，AM为正弦输出激励信号对应的幅度，为正弦输出激励信号对应的正弦波频率，t为时间。

将正弦输入激励信号与正弦输出激励信号进行对比，根据正弦输入激励信号的幅度值A和正弦输出激励信号的幅度值AM计算得到该频率下的幅值比计算结果M，根据正弦输入激励信号的正弦波频率ωt和正弦输出激励信号的正弦波频率计算得到该频率下的相位差计算结果/>

其中，本申请提供的机器人故障检测方法中，也可以通过将正弦输入激励信号与正弦输出激励信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)的方式计算得到幅值比和相位差，本申请不作限制。

最后，根据幅值比计算结果和相位差计算结果生成工业机器人对应伺服轴的幅频特性数据。此外，为了确保伺服轴幅度特性数据的准确性，还可以通过多个不同频率测试的方式分别获取多个不同频率下的幅频特性数据。并且，本申请提供的机器人故障检测方法中，同样可以根据多个不同频率下的相位差计算结果生成工业机器人对应伺服轴的相频特性数据。

为了提高频率特性数据的可视化程度，本申请提供的机器人故障检测方法还能够根据幅频特性数据构建幅值比与频率的曲线，根据相频特性数据构建相位差与频率的曲线，供用户观察不同频率下的工业机器人运行时的频率特性变化。此外，相频特性数据和幅频特性数据的检测也可以根据用户实际需求进行调整，例如在低频段，可以根据相频特性数据和幅频特性数据进行机器人伺服轴装配异常与否的判断，在高频段，相频特性数据误差较大，只根据幅频特性数据进行机器人伺服轴装配异常与否的判断。

此外，本申请提供的机器人故障检测方法中，激励信号的周期函数可以不限于正弦sin，用户同样能够根据自身需求选择余弦cos等周期函数进行激励信号的构建。

在上述实施方式的基础上，由于本申请能够通过正弦扫频信号等周期函数信号进行电机的控制旋转，生成的第二电机运行信息能够构建新的周期函数曲线，通过曲线对比的方式快速确定输入信号和输出信号的幅值比和相位差，并结合频率分别生成幅频频率特性数据和相频频率特性数据，降低了处理输入输出信号比对数据量和处理难度，提高了机器人故障检测效率。

在上述实施方式的基础上，机器人包括第一电机和第一电机相连的第一伺服轴、第二电机和第二电机相连的第二伺服轴，标准频率数据包括第一伺服轴标准频率和第二伺服轴标准频率，如图7所示，本申请提供的机器人检测方法中，步骤105包括：

步骤154、将所述第一电机对应的频率特性数据与所述第一伺服轴标准频率进行对比，得到所述第一伺服轴的频率特性比对结果；

步骤155、将所述第二电机对应的频率特性数据与所述第二伺服轴标准频率进行对比，得到所述第二伺服轴的频率特性比对结果。

具体的，本申请提供的机器人故障检测方法中，机器人包括多个伺服电机和每一个伺服电机分别对应的伺服轴，针对每一个伺服轴，本申请提供的机器人故障检测方法均能得到对应的频率特性比对结果，从而确定整个工业机器人所有伺服轴的故障检测结果，实现对工业机器人所有伺服轴的故障检测。并且，本申请提供的技术方案在工业机器人售后出现异响或定位不准时快速诊断定位具体发生问题的伺服轴，根据频率特性判断机械部件问题，从而提升工业机器人的维护效率。

在上述实施方式的基础上，编码器还用于采集电机位置，本申请提供的机器人故障检测方法中，步骤102包括：

步骤121、根据所述输入扫频信号生成电流控制信号；

步骤122、根据所述电流控制信号对所述电机进行旋转控制；

步骤123、当根据所述电流控制信号对所述电机进行旋转控制时，持续采集所述电机的电机转速和电机位置；

步骤124、根据所述电机转速和所述电机位置生成所述第二电机运行信息。

具体的，本申请提供的机器人故障检测方法中，如图3所示，驱动控制子系统中设置有伺服速度控制模块和伺服电流控制模块。本申请控制电机运行的动作如图8所示。

首先，工业机器人的伺服电机通过自身安装的编码器将伺服电机的转速和位置信息发送给伺服位置控制系统。当伺服位置控制系统从伺服电机上采集到这些数据并通过伺服软件形成输入扫频信号后，将数据发送给机械扫频诊断模块。机械扫频诊断模块内的正弦扫频信号生成模块根据伺服位置控制模块采集处理的信息生成正弦输入激励信号对应伺服电机的正弦波速度指令信号，并将正弦波速度指令信号发送给伺服速度控制模块，伺服速度控制模块根据正弦波速度指令信号生成电流控制信号并将电流控制信号发送给伺服电流控制模块，伺服电流控制模块根据电流控制信号对电机进行旋转控制。与此同时，伺服电机通过自身安装的编码器将正在调整时伺服电机的转速和位置信息持续发送给伺服位置控制系统，直至完成输入扫频信号对伺服电机的控制后，根据期间采集的电机转速和电机位置信息生成第二电机运行信息。

在上述实施方式的基础上，由于本申请还能够根据输入扫频信号生成对应的电流控制信号实现伺服电机根据输入扫频信号进行不断调整的效果，从而的都对应的运行信息，提高了机器人故障检测的准确性。

在上述实施方式的基础上，如图9所示，频率特性数据包括带宽数据，标准频率数据包括标准带宽，频率特性比对结果包括带宽比对结果，本申请提供的机器人故障检测方法中，步骤105包括：

步骤161、将带宽数据与标准带宽进行对比，得到带宽比对结果。

具体的，本申请提供的机器人故障检测方法中，频率特性数据包括带宽数据，将频率特性数据中的带宽数据与预先设置的标准带宽进行比较，得到带宽比对结果。当频率特性数据中的带宽数据落在预先设置的标准带宽的阈值范围内，说明该伺服轴的带宽数据正常，伺服轴响应速度正常，该伺服轴满足工业机器人装配需求；当频率特性数据中的带宽数据落在预先设置的标准带宽阈值范围外，说明该伺服轴的带宽数据异常，伺服轴响应速度过快或过慢，相差较大时存在参数设置错误风险和物料使用错误风险，该伺服轴不满足工业机器人装配需求。

此外，也可以通过带宽作差的方式进行带宽数据的比对，将带宽数据与标准带宽作差，判断带宽差值是否位于预设阈值范围外，当差值在预设的带宽阈值范围内，说明该伺服轴的带宽数据正常，伺服轴响应速度正常，该伺服轴满足工业机器人装配需求；当差值在预设的带宽阈值范围外，说明该伺服轴的带宽数据异常，伺服轴响应速度过快或过慢；当差值位于带宽阈值范围外且过大时，说明该伺服轴存在参数设置错误风险和物料使用错误风险，不满足工业机器人装配需求。

在上述实施方式的基础上，由于本申请提供的技术方案能够将伺服轴对应的频率特性数据中带宽与标准值进行比对，避免了装配后伺服轴响应速度异常的问题，进一步提高了机器人故障检测的准确性。

在上述实施方式的基础上，如图10所示，频率特性数据包括幅频特性数据，标准频率数据包括标准幅频特性，本申请提供的机器人故障检测方法中，步骤161之后，还包括：

步骤162、当所述带宽比对结果为所述带宽满足所述标准带宽时，将所述幅频特性数据与所述标准幅频特性进行对比，得到所述幅频特性比对结果；

步骤163、当所述幅频特性比对结果为所述幅频特性数据满足所述标准幅频特性时，生成第二检测结果。

具体的，本申请提供的机器人故障检测方法中，当伺服轴的频率特性数据的带宽满足标准带宽要求后，对频率特性中的幅频特性数据，例如幅频特性峰值与预先设置的标准幅频特性，例如标准幅频特性峰值进行比对，得到幅频特性比对结果。当频率特性数据中的幅频特性数据落在预先设置的标准幅频特性数据的阈值范围内，说明该伺服轴的幅频特性数据正常，工业机器人的电机轴系统稳定性好，该伺服轴满足工业机器人装配需求；当频率特性数据中的幅频特性数据落在预先设置的标准幅频特性数据的阈值范围外，说明该伺服轴的幅频特性数据异常，工业机器人的电机轴系统稳定性差，相差较大时工业机器人存在电机肘部慢性磨损风险或装配力矩不当风险，该伺服轴不满足工业机器人装配需求。

此外，也可以通过幅频特性峰值作差的方式进行幅频特性峰值数据的比对，将幅频特性峰值数据与标准幅频特性峰值作差，判断幅频特性峰值差值是否位于预设阈值范围外，当差值在预设的幅频特性峰值阈值范围内，说明该伺服轴的幅频特性数据正常，工业机器人的电机轴系统稳定性好，该伺服轴满足工业机器人装配需求；当差值在预设的幅频特性峰值阈值范围外，说明该伺服轴的幅频特性数据异常，工业机器人的电机轴系统稳定性差；当差值位于幅频特性峰值阈值范围外且过大时，说明该伺服轴存在电机肘部慢性磨损风险或装配力矩不当风险，该伺服轴不满足工业机器人装配需求。

在上述实施方式的基础上，由于本申请提供的技术方案能够将伺服轴对应的频率特性数据中幅频特性峰值与标准值进行比对，避免了装配后伺服轴电机轴系统稳定性差的问题，进一步提高了机器人故障检测的准确性。

在上述实施方式的基础上，如图11所示，频率特性数据包括谐振频率数据，标准频率数据包括标准谐振频率，本申请提供的机器人故障检测方法中，步骤162之后，还包括：

步骤164、当所述幅频特性比对结果为所述幅频特性数据满足所述标准幅频特性时，将所述谐振频率数据与所述标准谐振频率进行对比，得到所述谐振频率比对结果；

步骤165、当所述谐振频率比对结果为所述谐振频率数据满足所述标准谐振频率时，生成第三检测结果。

具体的，本申请提供的机器人故障检测方法中，当伺服轴的频率特性数据的幅频特性数据满足标准幅频特性数据要求后，对频率特性中的谐振频率数据与预先设置的标准谐振频率进行比对，得到谐振频率比对结果。当频率特性数据中的谐振频率数据落在预先设置的标准谐振频率的阈值范围内，说明该伺服轴的谐振频率数据正常，工业机器人的机械共振情况正常，该伺服轴满足工业机器人装配需求；当频率特性数据中的谐振频率落在预先设置的标准谐振频率的阈值范围外，说明该伺服轴的谐振频率异常，工业机器人的机械共振情况异常，该伺服轴不满足工业机器人装配需求。

此外，也可以通过带宽作差的方式进行谐振频率的比对，将谐振频率与标准谐振频率作差，判断谐振频率差值是否位于预设阈值范围外，当差值在预设的谐振频率阈值范围内，说明该伺服轴的谐振频率正常，工业机器人的机械共振情况正常，该伺服轴满足工业机器人装配需求；当差值在预设的谐振频率阈值范围外，说明该伺服轴的谐振频率异常，工业机器人的机械共振情况异常，该伺服轴不满足工业机器人装配需求。

在上述实施方式的基础上，由于本申请提供的技术方案能够将伺服轴对应的频率特性数据中谐振频率与标准值进行比对，避免了装配后伺服轴机械共振情况异常的问题，进一步提高了机器人故障检测的准确性。

在上述实施方式的基础上，如图12所示，本申请还提供一种机器人故障检测流程示例：

首先，对于一个标准装配后的标准机器人，用户启动示教器的机械诊断界面并启动机械扫频诊断。此时机器人驱控一体系统获取标准机器人各个关键的伺服轴频率特性数据，并存储在U盘等移动存储卡内。当需要进行机器人故障检测时，机器人驱控一体系统从U盘等移动存储卡内读取这些伺服轴频率特性数据作为标准频率数据。其次，机器人驱控一体系统通过自身的机械扫频诊断模块、伺服位置控制模块、伺服速度控制模块和伺服电流控制模块相互之间的通讯交互，得到待测的工业机器人各个伺服轴的频率特性数据。随后，将待测的工业机器人各个伺服轴的频率特性数据与标准频率数据进行分别比对，得到待测的工业机器人各个伺服轴的装配检测结果。具体的，对于每一个伺服轴采集到的频率特性数据，首先进行带宽的判断，其次进行幅频特性峰值的判定，最后进行谐振频率的判定，例如分别将带宽数据与标准带宽作差，判断带宽差值是否位于预设阈值范围外，将幅频特性峰值数据与标准幅频特性峰值作差，判断幅频特性峰值差值是否位于预设阈值范围外，将谐振频率数据与标准谐振频率作差，判断谐振频率差值是否位于预设阈值范围外，得到最终的机器人故障检测结果，并通过示教器将检测结果输出显示。

由于本申请提供的技术方案能够通过控制伺服轴的电机的运行信息分别形成输入扫频信号和输出扫频信号，计算得到的频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行故障检测，在不需要机器人专业检测设备和传感器的配合下，利用电机与伺服轴等传动机构机密相连的特点，仅通过机器人自身的电机运行状态表征伺服轴的运行情况，从而实现伺服轴的装配检测，降低了机器人装配测试难度和测试成本，提升了机器人装配测试效率。

具体的，本申请提供的技术方案在工业机器人装配完成后能够快速诊断检查工业机器人各轴装配是否正常，是否符合出厂标准，杜绝不良品流出，免除复杂测试。本申请提供的技术方案还能在工业机器人售后出现异响或定位不准时快速诊断定位具体发生问题的伺服轴，根据频率特性判断机械部件问题，从而提升工业机器人的维护效率。

本申请的第二实施方式涉及一种机器人故障检测装置，如图13所示，包括：

输入扫频信号获取模块201，用于获取输入扫频信号；

转速采集模块202，用于根据所述输入扫频信号对机器人的电机进行旋转控制，并通过所述电机的编码器持续采集所述电机的转速信息；

输出扫频信号获取模块203，用于根据所述电机的转速信息生成输出扫频信号；

频率特性计算模块204，用于根据所述输入扫频信号和所述输出扫频信号生成所述机器人的伺服轴的频率特性数据，其中，所述电机与所述伺服轴相连；

频率特性比对模块205，用于将所述频率特性数据与标准频率数据进行对比，得到所述伺服轴的频率特性比对结果，其中，所述标准频率数据预先根据装配正常的机器人对应的输入扫频信号和输出扫频信号计算得到；

第一检测模块206，用于当所述频率特性比对结果为所述频率特性数据满足所述标准频率数据时，生成第一检测结果。

在上述实施方式的基础上，输入扫频信号为正弦逐点扫描法构建的输入激励信号，输出扫频信号为正弦逐点扫描法构建的输出激励信号，本申请提供的机器人检测装置中，频率特性比对模块205包括：

幅值比计算单元，用于根据所述输入激励信号和所述输出激励信号进行幅值比计算，得到幅值比计算结果；

相位差计算单元，用于根据所述输入激励信号和所述输出激励信号进行相位差计算，得到相位差计算结果；

幅频特性数据生成单元，用于根据所述幅值比计算结果和所述相位差计算结果生成所述频率特性数据。

在上述实施方式的基础上，机器人包括第一电机和第一电机相连的第一伺服轴、第二电机和第二电机相连的第二伺服轴，标准频率数据包括第一伺服轴标准频率和第二伺服轴标准频率，本申请提供的机器人故障检测装置中，频率特性比对模块205包括：

第一频率特性比对单元，用于将所述第一电机对应的频率特性数据与所述第一伺服轴标准频率进行对比，得到所述第一伺服轴的频率特性比对结果；

第二频率特性比对单元，用于将所述第二电机对应的频率特性数据与所述第二伺服轴标准频率进行对比，得到所述第二伺服轴的频率特性比对结果。

在上述实施方式的基础上，第二电机运行信息包括电机转速和电机位置，本申请提供的机器人故障检测装置中，第二运行信息获取模块203包括：

电流控制信号生成单元，用于根据所述输入扫频信号生成电流控制信号；

旋转控制单元，用于根据所述电流控制信号对所述电机进行旋转控制；

电机转速位置采集单元，用于当根据所述电流控制信号对所述电机进行旋转控制时，持续采集所述电机的电机转速和电机位置；

第二运行信息获取单元，用于根据所述电机转速和所述电机位置生成所述第二电机运行信息。

在上述实施方式的基础上，频率特性数据包括带宽数据，标准频率数据包括标准带宽，频率特性比对结果包括带宽比对结果，本申请提供的机器人故障检测装置中，频率特性比对模块206包括：

带宽比对单元，用于将带宽数据与标准带宽进行对比，得到带宽比对结果。

在上述实施方式的基础上，频率特性数据包括幅频特性数据，标准频率数据包括标准幅频特性，本申请提供的机器人故障检测装置中，还包括：

幅频比对模块，用于当所述带宽比对结果为所述带宽满足所述标准带宽时，将所述幅频特性数据与所述标准幅频特性进行对比，得到所述幅频特性比对结果；

第二装配检测模块，用于当所述幅频特性比对结果为所述幅频特性数据满足所述标准幅频特性时，生成第二检测结果。

在上述实施方式的基础上，频率特性数据包括谐振频率数据，标准频率数据包括标准谐振频率，本申请提供的机器人故障检测装置中，还包括：

谐振频率比对模块，用于当所述幅频特性比对结果为所述幅频特性数据满足所述标准幅频特性时，将所述谐振频率数据与所述标准谐振频率进行对比，得到所述谐振频率比对结果；

第三装配检测模块，用于当所述谐振频率比对结果为所述谐振频率数据满足所述标准谐振频率时，生成第三检测结果。

本申请的第三实施方式涉及一种机器人故障检测系统，包括电机控制模块和机械诊断模块；

所述电机控制模块，用于获取输入扫频信号，根据所述输入扫频信号对所述电机进行旋转控制，并持续采集所述电机的转速信息，根据所述电机的转速信息生成输出扫频信号并将所述输入扫频信号和所述输出扫频信号发送给所述机械诊断模块；

所述机械诊断模块，用于接收所述电机控制模块发送的所述输入扫频信号和所述输出扫频信号，根据所述输入扫频信号和所述输出扫频信号生成所述伺服轴的频率特性数据，其中，所述电机与所述伺服轴相连，将所述频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行对比，得到所述伺服轴的频率特性比对结果，其中，所述标准频率数据预先根据装配正常的机器人对应的输入扫频信号和输出扫频信号计算得到，当所述频率特性比对结果为所述频率特性数据满足所述标准频率数据时，生成第一检测结果。

本申请的第四实施方式涉及一种电子设备，如图14所示，包括：

至少一个处理器301；以及，

与所述至少一个处理器301通信连接的存储器302；其中，

所述存储器302存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器301执行，以使所述至少一个处理器301能够实现本申请第一实施方式所述的机器人故障检测方法。

其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。

处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

本申请第五实施方式涉及一种非易失性计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现本申请第一实施方式所述的机器人故障检测方法。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种机器人故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取输入扫频信号；

根据所述输入扫频信号对机器人的电机进行旋转控制，并通过所述电机的编码器持续采集所述电机的转速信息；

根据所述电机的转速信息生成输出扫频信号；

根据所述输入扫频信号和所述输出扫频信号生成所述机器人的伺服轴的频率特性数据，其中，所述电机与所述伺服轴相连；

将所述频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行对比，得到所述伺服轴的频率特性比对结果，其中，所述标准频率数据预先根据装配正常的机器人对应的输入扫频信号和输出扫频信号计算得到；

当所述频率特性比对结果为所述频率特性数据满足所述标准频率数据时，生成第一检测结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入扫频信号为正弦逐点扫描法构建的输入激励信号，所述输出扫频信号为正弦逐点扫描法构建的输出激励信号，所述根据所述输入扫频信号和所述输出扫频信号生成所述伺服轴的频率特性数据包括：

根据所述输入激励信号和所述输出激励信号进行幅值比计算，得到幅值比计算结果；

根据所述输入激励信号和所述输出激励信号进行相位差计算，得到相位差计算结果；

根据所述幅值比计算结果和所述相位差计算结果生成所述频率特性数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机器人包括第一电机和所述第一电机相连的第一伺服轴、第二电机和所述第二电机相连的第二伺服轴，所述标准频率数据包括第一伺服轴标准频率和第二伺服轴标准频率，所述将所述频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行对比，得到所述伺服轴的频率特性比对结果包括：

将所述第一电机对应的频率特性数据与所述第一伺服轴标准频率进行对比，得到所述第一伺服轴的频率特性比对结果；

将所述第二电机对应的频率特性数据与所述第二伺服轴标准频率进行对比，得到所述第二伺服轴的频率特性比对结果。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率特性数据包括带宽数据，所述标准频率数据包括标准带宽，所述频率特性比对结果包括带宽比对结果，所述将所述频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行对比，得到所述伺服轴的频率特性比对结果包括：

将所述带宽数据与所述标准带宽进行对比，得到所述带宽比对结果。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述频率特性数据包括幅频特性数据，所述标准频率数据包括标准幅频特性，所述将所述带宽数据与预先设置的标准带宽进行对比，得到所述带宽比对结果之后，还包括：

当所述带宽比对结果为所述带宽满足所述标准带宽时，将所述幅频特性数据与所述标准幅频特性进行对比，得到所述幅频特性比对结果；

当所述幅频特性比对结果为所述幅频特性数据满足所述标准幅频特性时，生成第二检测结果。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述频率特性数据包括谐振频率数据，所述标准频率数据包括标准谐振频率，所述当所述带宽比对结果为所述带宽满足所述标准带宽时，将所述幅频特性数据与所述标准幅频特性进行对比，得到所述幅频特性比对结果之后，还包括：

当所述幅频特性比对结果为所述幅频特性数据满足所述标准幅频特性时，将所述谐振频率数据与所述标准谐振频率进行对比，得到所述谐振频率比对结果；

当所述谐振频率比对结果为所述谐振频率数据满足所述标准谐振频率时，生成第三检测结果。

7.一种机器人故障检测装置，其特征在于，包括：

输入扫频信号获取模块，用于获取输入扫频信号；

转速采集模块，用于根据所述输入扫频信号对机器人的电机进行旋转控制，并通过所述电机的编码器持续采集所述电机的转速信息；

输出扫频信号获取模块，用于根据所述电机的转速信息生成输出扫频信号；

频率特性计算模块，用于根据所述输入扫频信号和所述输出扫频信号生成所述机器人的伺服轴的频率特性数据，其中，所述电机与所述伺服轴相连；

频率特性比对模块，用于将所述频率特性数据与标准频率数据进行对比，得到所述伺服轴的频率特性比对结果，其中，所述标准频率数据预先根据装配正常的机器人对应的输入扫频信号和输出扫频信号计算得到；

第一检测模块，用于当所述频率特性比对结果为所述频率特性数据满足所述标准频率数据时，生成第一检测结果。

8.一种机器人故障检测系统，其特征在于，包括电机控制模块和机械诊断模块；

所述电机控制模块，用于获取输入扫频信号，根据所述输入扫频信号对所述电机进行旋转控制，并持续采集所述电机的转速信息，根据所述电机的转速信息生成输出扫频信号并将所述输入扫频信号和所述输出扫频信号发送给所述机械诊断模块；

所述机械诊断模块，用于接收所述电机控制模块发送的所述输入扫频信号和所述输出扫频信号，根据所述输入扫频信号和所述输出扫频信号生成所述伺服轴的频率特性数据，其中，所述电机与所述伺服轴相连，将所述频率特性数据与预先设置的标准频率数据进行对比，得到所述伺服轴的频率特性比对结果，其中，所述标准频率数据预先根据装配正常的机器人对应的输入扫频信号和输出扫频信号计算得到，当所述频率特性比对结果为所述频率特性数据满足所述标准频率数据时，生成第一检测结果。

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的机器人故障检测方法的步骤。

10.一种可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的机器人故障检测方法。