CN219294030U - 工业机器人故障诊断实验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业机器人故障诊断实验台，包括：在箱体内设置模拟工业机器人第一轴的第一驱动装置来旋转关节模拟装置；在关节模拟装置上设置调整第二关节与第一关节之间夹角的第二驱动装置以模拟工业机器人第二轴、设置调整小臂与第二关节之间的夹角的第三驱动装置以模拟工业机器人第三轴，在大臂上设置安装负载的支撑件。与现有技术相比，基于工业机器人本体构建实验台，能够模拟各种真实工况，并在关节模拟装置上设置传感器采集故障数据，使用该实验台可以进行工业机器人本省的故障模拟，能够提供充足、准确的各种故障数据，以优化智能化故障诊断系统，提高实时故障诊断时的准确率。

Description

工业机器人故障诊断实验台

技术领域

本实用新型涉及工业机器人故障诊断技术领域，尤其涉及的是一种工业机器人故障诊断实验台。

背景技术

虽然有些工业机器人已安装智能化故障诊断系统，但是由于故障数据样本依靠工人定期检查和巡检获得，不能获取到充足的故障数据样本，智能化故障诊断系统训练不充分，导致工业机器人故障诊断的准确性较低。因此，需要通过实验台对工业机器人进行故障模拟，获得故障数据样本以训练智能化故障诊断系统。

而现有工业机器人的实验台主要用于针对工业机器人的各种任务模拟，并不是基于工业机器人本体构建实验台，无法实现工业机器人本身在各种真实工况下的故障模拟以采集故障数据。

因此，现有技术有待改进和提高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种工业机器人故障诊断实验台，旨在解决没有基于工业机器人本体构建实验台，无法实现工业机器人本身在各种真实工况下的故障模拟以采集故障数据的问题。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种工业机器人故障诊断实验台，其中，上述实验台包括：

箱体，所述箱体的上方设有关节模拟装置，所述关节模拟装置包括：第一关节、第二关节、小臂和大臂，所述关节模拟装置上设有若干用于采集故障数据的传感器；

所述箱体内设有第一驱动装置，所述第一关节与所述第一驱动装置相连接，所述第一驱动装置用于使所述第一关节绕所述箱体的垂向轴线旋转；

还设有与所述第一关节、所述第二关节相连接的第二驱动装置，所述第二驱动装置用于调整所述第二关节与所述第一关节之间的夹角；

还设有与所述第二关节、所述小臂相连接的第三驱动装置，所述第三驱动装置用于调整所述小臂与所述第二关节之间的夹角；

所述大臂的一端固定在所述小臂上，另一端设有用于安装负载的支撑件。

可选的，所述箱体内设有相耦合的蜗轮和蜗杆，还设有与所述蜗轮同轴安装的转动轴，所述转动轴与所述第一关节连接，所述蜗轮、所述蜗杆和所述转动轴形成所述第一驱动装置。

可选的，所述箱体的侧面还设有与所述蜗杆连接的摇杆，所述摇杆用于手动转动所述蜗杆以带动所述关节模拟装置旋转。

可选的，所述箱体的顶端设有与所述转动轴同轴安装的转盘，所述第一关节固定在所述转盘上。

可选的，还设有用于固定所述箱体的底座，所述底座上设有防倾覆装置。

可选的，所述第二驱动装置与所述第三驱动装置均包括：相连的伺服电机和减速器，所述减速器与所述第二关节可拆卸连接，所述伺服电机可拆卸安装在所述第一关节或所述小臂上。

可选的，所述减速器为旋转矢量减速器。

可选的，所述第二关节与所述第一关节之间的夹角范围为：-85°～80°，所述小臂与所述第二关节之间的夹角范围为：-80°～85°。

可选的，所述电机的壳体上、所述大臂的表面设有加速度传感器；所述第二关节的表面设有声发射传感器。

可选的，所述大臂上相对的两侧分别安装有双头螺柱，所述双头螺柱形成所述支撑件，所述负载为负重盘，所述负重盘与所述双头螺柱螺纹连接。

由上可见，本实用新型的故障诊断实验台在箱体内设置模拟工业机器人第一轴的第一驱动装置来旋转关节模拟装置；在关节模拟装置上设置调整第二关节与第一关节之间夹角的第二驱动装置以模拟工业机器人第二轴、设置调整小臂与第二关节之间的夹角的第三驱动装置以模拟工业机器人第三轴，在大臂上设置安装负载的支撑件。与现有技术相比，基于工业机器人本体构建实验台，能够模拟各种真实工况，并在关节模拟装置上设置传感器采集故障数据，实现工业机器人本身各种真实工况下的故障模拟并采集故障数据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型实施例提供的工业机器人故障诊断实验台立体图；

图2是图1实施例中箱体爆炸图；

图3是图1实施例中第一关节立体图；

图4是图1实施例中第二关节立体图；

图5是图1实施例中小臂立体图；

图6是图1实施例中大臂立体图。

附图标记说明

100、箱体，110、第一驱动装置，111、蜗轮，112、蜗杆，113、转动轴，120、摇杆，130、转盘，150、耳板，200、关节模拟装置，210、第一关节，211、第一安装孔，220、第二关节，221、第一固定孔，222、第二固定孔，230、小臂、231、盲孔，232、键槽，233、阶梯状通孔，240、大臂，241、双头螺柱，242、负重盘，243、固定轴，250、第二驱动装置，251、第一伺服电机，252、第一减速器，261、第二伺服电机，300、底座，310、台柱。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

下面结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

由于安装于工业机器人上的智能化故障诊断系统的故障数据样本不够，且训练智能化故障诊断系统使用的故障数据样本并不是来源于对真实工况的模拟，迁移至工业机器人的故障数据样本与真实的故障数据之间有偏差，导致故障诊断的准确性较低。

针对上述问题，本实用新型提供了一种工业机器人故障诊断实验台，参考工业机器人真实的机械结构和运动状态设计了故障诊断实验台，通过该故障诊断实验台能够模拟不同工况下工业机器人的第二关节和第三关节出现的各种故障，并获得相应的故障数据，从而用来训练和优化智能化故障诊断系统，提高工业机器人故障诊断的准确性。

示例性装置

如图1所示，本实施例的工业机器人故障诊断实验台，参考真实工业机器人的机械结构设计，包括：箱体100、关节模拟装置200和底座300，箱体100固定在底座300上，关节模拟装置200安装在箱体100的上方，包括：第一关节210、第二关节220、小臂230和大臂240。

其中，底座300用来承载整个故障诊断实验台，考虑到故障诊断实验台整体的重量较大，且在工作工程中容易产生较大的倾覆力矩，因此，底座300上设有防倾覆装置，确保关节模拟装置200在故障模拟时的稳固和可靠。防倾覆装置具体结构不限，可以采用本领域内常用的各种加固装置。本实施例中，在底座300的上方和底座300上均装有钢板，钢板的厚度在1～5mm，底座300的钢板的面积大于底座300上方的钢板的面积，使得底座300更具稳定性，不易因关节模拟装置200的伸展运动发生倾覆。并且，底座300上方的钢板与底座300的钢板之间设有四根台柱310，通过台柱310实现底座300上方的钢板与底座300上的钢板之间的连接固定，进一步增加了底座300的刚性。具体地，在台柱310的两端各焊接了两块角铁，角铁上开设有螺孔，通过螺栓实现钢板与台柱310之间的固定连接。

箱体100为盒状结构，其下端开口，箱体100两侧设有耳板150，用来实现与底座300的定位固定。如图2所示，箱体100内设有模拟工业机器人第一轴(也叫本体回转轴，类似磨盘左右旋转)的第一驱动装置110，通过第一驱动装置110带动关节模拟装置200沿Z轴回转，即在XOY平面360度范围内转动。考虑到工业机器人第一轴负载较大，第一驱动装置110优选采用蜗轮蜗杆传动结构，包括蜗轮111、蜗杆112和转动轴113，蜗轮111和转动轴113同轴安装，通过蜗轮蜗杆带动转动轴113自转。第一驱动装置110密封在箱体100的外壳内，可以防止蜗轮蜗杆传动结构的啮合部位在工作过程中进入灰尘。

第一关节210可以采用现有的各种连接方式与转动轴113相连接，只要第一关节210可以随着转动轴113转动就可以。由于第一关节210用来支撑小臂230、第二关节220和大臂240，并带动整个关节模拟装置200旋转，因此需要有足够的承载能力。因此本实施例中，在箱体100的顶端安装有与转动轴113同轴的转盘130，并将第一关节210固定在转盘130上，能够增加第一关节210转动时的稳定性。

考虑到工业机器人第一轴的转速不宜过高，因此还增设相应的控制构件，实现手动、慢速的转动调节功能。具体地，在箱体100的侧面安装了与蜗杆连接的摇杆120，手工摇动摇杆120时，驱动蜗杆112转动，蜗杆112带动蜗轮111旋转，蜗轮111带动转动轴113旋转，转动轴113带动转盘130和第一关节210转动，实现手动转动关节模拟装置200。

如图1和图3所示，第一关节210上设有第一安装孔211，第一安装孔211上安装有第一伺服电机251和第一减速器252，其中，第一减速器252用于降低第一伺服电机251输出的转速。第一伺服电机251和第一减速器252构成第二驱动装置250，第二驱动装置250相当于工业机器人的第二轴，也是工业机器人第二关节的动力系统，用来驱动第二关节220相对于第一关节210转动。通过更换第一伺服电机251为对应故障类型的伺服电机和/或更换第一减速器252为对应故障类型的减速器就可以模拟工业机器人第二关节的各种故障。

如图4所示，第二关节220的一端呈阵列设有第一固定孔221，用来与第一减速器252螺纹连接固定，另一端呈阵列设有第二固定孔222，用来与小臂230上的第二减速器螺纹连接固定。

如图5所示，小臂230为台阶状，与第二伺服电机261相向的一端设有阶梯状通孔233并在与第二伺服电机261相背的一端设有螺纹孔，以与第二减速器(图中未示出)、第二伺服电机261连接固定。第二伺服电机261和第二减速器构成第三驱动装置，相当于工业机器人的第三轴，也是工业机器人第三关节的动力系统，用来驱动小臂230相对于第二关节220转动。通过更换第二伺服电机261为对应故障类型的伺服电机和/或更换第二减速器为对应故障类型的减速器就可以模拟工业机器人第三关节的各种故障。

小臂230与大臂240相向的一端设有盲孔231，盲孔231内设有键槽232。如图6所示，大臂240的前端设有与键槽232耦合的固定轴243，大臂240的固定轴243插入盲孔231后，通过螺接使得大臂240的一端固定安装在小臂230上。

如图1所示，在大臂240的另一端，相对的两侧均安装了双头螺柱241以加载负载，本实施例使用不同重量的负重盘242作为负载，根据需要模拟的工况将相应重量的负重盘242旋入安装在大臂240上，实现固定重量的末端加载，用来模拟真实工业机器人工作中的末端负载情况。安装负重盘242时，在大臂240的两侧进行对称重量的安装，防止大臂240产生不必要的切向转矩。

本实施例中的第一减速器252、第二减速器均为RV减速器(旋转矢量减速器)，在第二驱动装置250的作用下，能够实现第二关节220相对于第一关节210在+80°到-85°范围内的转动。在第三驱动装置的作用下，能够实现小臂230相对于第二关节220在+85°到-80°范围内的转动，以满足各种工况的需求。需要说明的是，当第二关节220为竖立状态时，第二关节220相对于第一关节210为0°；当小臂230的轴线与第二关节220的轴线在同一条直线上时，小臂230相对于第二关节220为0°。

为了实时检测获取故障诊断试验台的故障数据，在第一伺服电机251、第二伺服电机261的外壳以及大臂240的表面均安装有加速度传感器以采集振动数据；在第二关节220的表面安装有声发射传感器以采集噪声数据。并且还配置了控制第一伺服电机251、第二伺服电机261的控制器，以采集第一伺服电机251、第二伺服电机261的电流数据。

使用时，参照真实工业机器人的工况状态确定故障诊断实验台的姿态，即调整大臂、小臂的位置和角度。转动摇杆模拟工业机器人第一轴转动，调整第一关节的角度；通过驱动器控制第一伺服电机转动模拟工业机器人第二轴转动，调整第二关节相对于第一关节的角度；通过驱动器控制第二伺服电机转动模拟工业机器人第三轴转动，调整小臂相对于第二关节的角度，使得故障诊断试验台达到目标姿态。然后在大臂末端安装负重盘以模拟负载。

调整好故障诊断实验台的姿态后，再通过使用故障伺服电机、故障减速器代替正常的伺服电机和减速器以模拟各种故障类型，实现对工业机器人第二关节和/或第三关节的故障诊断实验。具体更换步骤为：对工业机器人第二关节进行故障诊断实验时，可以将第一电机更换为不同故障类型的电机，还可以将第一减速器更换为不同故障类型的减速器，也可以将第一电机和第一减速器一起更换；当对工业机器人第三关节进行故障诊断实验时，可以将第二电机更换为不同故障类型的电机，也可以将第二减速器更换为不同故障类型的减速器，还可以将第二电机和第二减速器一起更换；同理，还可以对工业机器人第二关节和第三关节同时进行故障诊断实验。

本实施例中，提前定做了六个相同型号的伺服电机、六个相同型号的减速器(五个故障，一个正常)，用来替换第一伺服电机、第一减速器，实现工业机器人第二关节的故障模拟。提前定做六个相同型号的伺服电机、六个相同型号的减速器(五个故障，一个正常)，用来替换第二伺服电机、第二减速器，实现工业机器人第三关节的故障模拟。

然后控制第一伺服电机、第二伺服电机的转动，通过传感器采集当前工况下当前故障类型的故障数据。再根据下一个故障类型，更换相应的伺服电机、减速器，采集故障数据。进行多次试验以采集到需要模拟的工况下不同故障类型的故障数据。

再通过更换负重盘和/或更换故障诊断实验台的姿态继续模拟下一个工况，并进行下一个工况下各种故障类型的模拟实验。如此循环，直至工业机器人所有需要模拟的工况下需要模拟的故障类型均模拟完毕。由于故障诊断试验台参照真实工业机器人设置和构建，获得的故障数据更加准确。

由上所述，本实用新型通过在箱体内设置模拟工业机器人第一轴的第一驱动装置以旋转关节模拟装置，设置用于模拟工业机器人第二关节出现故障的第二驱动装置，设置用于模拟工业机器人第三关节出现故障的第三驱动装置，在大臂上用于安装负载的支撑件。实现基于工业机器人本体构建实验台，还原工业机器人各种真实工况，提供充足、准确的各种故障数据。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不是相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.工业机器人故障诊断实验台，其特征在于，所述实验台包括：

箱体，所述箱体的上方设有关节模拟装置，所述关节模拟装置包括：第一关节、第二关节、小臂和大臂，所述关节模拟装置上设有若干用于采集故障数据的传感器；

所述箱体内设有第一驱动装置，所述第一关节与所述第一驱动装置相连接，所述第一驱动装置用于使所述第一关节绕所述箱体的垂向轴线旋转；

还设有与所述第一关节、所述第二关节相连接的第二驱动装置，所述第二驱动装置用于调整所述第二关节与所述第一关节之间的夹角；

还设有与所述第二关节、所述小臂相连接的第三驱动装置，所述第三驱动装置用于调整所述小臂与所述第二关节之间的夹角；

所述大臂的一端固定在所述小臂上，另一端设有用于安装负载的支撑件。

2.如权利要求1所述的工业机器人故障诊断实验台，其特征在于，所述箱体内设有相耦合的蜗轮和蜗杆，还设有与所述蜗轮同轴安装的转动轴，所述转动轴与所述第一关节连接，所述蜗轮、所述蜗杆和所述转动轴形成所述第一驱动装置。

3.如权利要求2所述的工业机器人故障诊断实验台，其特征在于，所述箱体的侧面还设有与所述蜗杆连接的摇杆，所述摇杆用于手动转动所述蜗杆以带动所述关节模拟装置旋转。

4.如权利要求2所述的工业机器人故障诊断实验台，其特征在于，所述箱体的顶端设有与所述转动轴同轴安装的转盘，所述第一关节固定在所述转盘上。

5.如权利要求1所述的工业机器人故障诊断实验台，其特征在于，还设有用于固定所述箱体的底座，所述底座上设有防倾覆装置。

6.如权利要求1所述的工业机器人故障诊断实验台，其特征在于，所述第二驱动装置与所述第三驱动装置均包括：相连的伺服电机和减速器，所述减速器与所述第二关节可拆卸连接，所述伺服电机可拆卸安装在所述第一关节或所述小臂上。

7.如权利要求6所述的工业机器人故障诊断实验台，其特征在于，所述减速器为旋转矢量减速器。

8.如权利要求6所述的工业机器人故障诊断实验台，其特征在于，所述第二关节与所述第一关节之间的夹角范围为：-85°～80°，所述小臂与所述第二关节之间的夹角范围为：-80°～85°。

9.如权利要求6所述的工业机器人故障诊断实验台，其特征在于，所述电机的壳体上、所述大臂的表面设有加速度传感器；所述第二关节的表面设有声发射传感器。

10.如权利要求1所述的工业机器人故障诊断实验台，其特征在于，所述大臂上相对的两侧分别安装有双头螺柱，所述双头螺柱形成所述支撑件，所述负载为负重盘，所述负重盘与所述双头螺柱螺纹连接。

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