本發(fā)明涉及一種工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)健康診斷裝置。

背景技術(shù)：

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂的智能系統(tǒng)，是衡量一個(gè)國家制造水平和科技水平的重要標(biāo)志。國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)報(bào)告稱2017年中國工業(yè)機(jī)器人數(shù)量將躍居全球第一，達(dá)42.8萬臺(tái)。工業(yè)機(jī)器人在焊接、碼垛、分揀、碼頭及高危工作環(huán)境中替代人力的作用日漸凸顯，其精準(zhǔn)度高、速度快、工作時(shí)間長等特性備受業(yè)界關(guān)注。然而，工業(yè)機(jī)器人長期處于高強(qiáng)度、頻繁和重復(fù)運(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)器人性能和健康狀態(tài)不可避免地發(fā)生退化，尤其是占工業(yè)機(jī)器人成本53％-63％的關(guān)節(jié)，其性能的好壞直接影響機(jī)器人的性能。由于關(guān)節(jié)不斷磨損，間隙增加，致使定位精度和重復(fù)定位精度降低。同時(shí)，各關(guān)節(jié)作為閉環(huán)控制系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)組成，某個(gè)關(guān)節(jié)的異?？赡軐?dǎo)致控制信號(hào)偏離正常值,進(jìn)而通過反饋使得機(jī)器人整體脫離正常工作范圍，最終造成機(jī)器人失效。而失效引發(fā)的事故，可能造成災(zāi)難性的后果。2013年，美國加州生產(chǎn)的價(jià)值150萬美元用于執(zhí)行精確手術(shù)的機(jī)器人手臂在手術(shù)過程中幾次發(fā)生卡死或停頓的情況，導(dǎo)致幾名使用該系統(tǒng)的患者死亡。傳統(tǒng)的“預(yù)防性維護(hù)”根據(jù)經(jīng)驗(yàn)定期檢驗(yàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)，會(huì)造成“維護(hù)過?！被颉熬S護(hù)不足”；而“事后維修”造成的機(jī)器人停機(jī)時(shí)間長，損失巨大。ATS公司統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)汽車工廠由于機(jī)器人停機(jī)所造成的損失每分鐘平均可達(dá)22000美元。因此，工業(yè)機(jī)器人多關(guān)節(jié)健康狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估和預(yù)測已成為工業(yè)機(jī)器人發(fā)展中突顯亟待解決的新問題，也是實(shí)施“中國制造2025”要解決的根本問題之一。

信息技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、人工智能技術(shù)等的不斷發(fā)展與應(yīng)用，使工業(yè)機(jī)器人工作狀態(tài)與環(huán)境等相關(guān)信息的實(shí)時(shí)檢測、實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)補(bǔ)償、實(shí)時(shí)控制成為可能。盡管機(jī)器人關(guān)節(jié)是復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，多個(gè)關(guān)節(jié)具有不同自由度，多關(guān)節(jié)之間相互耦合，相互影響。但工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)性能的退化是由量變到質(zhì)變的演化過程，并附有征兆，即表現(xiàn)為"潛在故障"。僅從振動(dòng)信號(hào)難以充分提取關(guān)節(jié)狀態(tài)信息，而且易受環(huán)境噪聲影響造成測量不精確，引起數(shù)據(jù)的不確定性。。為此，本實(shí)用新型專利設(shè)計(jì)了機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)診斷裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、檢測判斷機(jī)器人關(guān)節(jié)健康狀態(tài)，在故障發(fā)生前及時(shí)將機(jī)器人斷電的功能的工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)健康診斷裝置。

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)健康診斷裝置，包括電源模塊、信號(hào)預(yù)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、ARM處理器、狀態(tài)顯示模塊、聲光報(bào)警模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊，所述電源模塊與信號(hào)預(yù)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、ARM處理器、狀態(tài)顯示模塊相互電性連接，所述信號(hào)預(yù)處理模塊中設(shè)置有加速度傳感器和壓電聲發(fā)射傳感器，所述的網(wǎng)絡(luò)通信模塊與ARM處理器相連，所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊內(nèi)設(shè)置有WIFI接口，所述的聲光報(bào)警模塊與狀態(tài)顯示模塊相連，所述聲光報(bào)警模塊由報(bào)警燈和高響度報(bào)警器組成。

進(jìn)一步的，所述工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)健康診斷裝置的運(yùn)行原理，包括以下步驟：

1)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)機(jī)器人的多個(gè)關(guān)節(jié)處，加速度傳感器可測得低頻的震動(dòng)信號(hào)，壓電聲發(fā)射傳感器可測得高頻的聲音信號(hào)。在信號(hào)預(yù)處理模塊中對(duì)獲得的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等操作。

2)將數(shù)據(jù)輸入到與信號(hào)預(yù)處理模塊輸出端相連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊，將連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號(hào)后，由型號(hào)為ARM10e的ARM處理器讀取和分析并將狀態(tài)檢測結(jié)果輸出到狀態(tài)顯示模塊上，狀態(tài)顯示模塊能夠顯示被測關(guān)節(jié)的剩余使用壽命，并在關(guān)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警模塊，聲光報(bào)警模塊中的報(bào)警燈以及高響度報(bào)警器能夠有效提醒使用人員立即停止使用。

3)同時(shí)WIFI數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信模塊將由型號(hào)為ARM10e的ARM處理器讀取和分析后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給遠(yuǎn)程的監(jiān)控系統(tǒng)，便于技術(shù)人員對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)的健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

進(jìn)一步的，所述ARM處理器為ARM10e型ARM處理器。精度更高，處理速度更快。

進(jìn)一步的，所述A/D轉(zhuǎn)換器為14位A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換速率更快。

進(jìn)一步的，所述報(bào)警燈和高響度報(bào)警器通過導(dǎo)線連接。

本發(fā)明的有益效果為：通過信號(hào)預(yù)處理模塊采集關(guān)節(jié)退化信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。經(jīng)處理器A/D轉(zhuǎn)換模塊，采用小波變換濾波技術(shù)濾波，通過FFT將信號(hào)從時(shí)域到頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換，獲得兩類異質(zhì)傳感器的時(shí)域、頻域的特征數(shù)據(jù)。繼而，判斷機(jī)器人關(guān)節(jié)健康狀態(tài)。同時(shí)，支持WIFI數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信模塊，可以將由型號(hào)為ARM10e的ARM處理器讀取和分析后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給遠(yuǎn)程的監(jiān)控系統(tǒng)，便于技術(shù)人員對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)的健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)健康診斷裝置的工作流程圖

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)健康診斷裝置，包括電源模塊1、信號(hào)預(yù)處理模塊2、A/D轉(zhuǎn)換器3、ARM處理器4、狀態(tài)顯示模塊5、聲光報(bào)警模塊6和網(wǎng)絡(luò)通信模塊7，所述電源模塊1與信號(hào)預(yù)處理模塊2、A/D轉(zhuǎn)換模塊3、ARM處理器4、狀態(tài)顯示模塊5相互電性連接，所述信號(hào)預(yù)處理模塊2中設(shè)置有加速度傳感器8和壓電聲發(fā)射傳感器9，所述的網(wǎng)絡(luò)通信模塊7與ARM處理器4相連，所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊內(nèi)7設(shè)置有WIFI接口(未圖示)，所述的聲光報(bào)警模塊6與狀態(tài)顯示模塊5相連，所述聲光報(bào)警模塊6由報(bào)警燈(未圖示)和高響度報(bào)警器(未圖示)組成。

所述工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)健康診斷裝置的運(yùn)行原理，包括以下步驟：

1)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)機(jī)器人的多個(gè)關(guān)節(jié)處，加速度傳感器可測得低頻的震動(dòng)信號(hào)，壓電聲發(fā)射傳感器可測得高頻的聲音信號(hào)。在信號(hào)預(yù)處理模塊中對(duì)獲得的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等操作。

2)將數(shù)據(jù)輸入到與信號(hào)預(yù)處理模塊輸出端相連接的A/D轉(zhuǎn)換模塊，將連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號(hào)后，由型號(hào)為ARM10e的ARM處理器讀取和分析并將狀態(tài)檢測結(jié)果輸出到狀態(tài)顯示模塊上，狀態(tài)顯示模塊能夠顯示被測關(guān)節(jié)的剩余使用壽命，并在關(guān)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警模塊，聲光報(bào)警模塊中的報(bào)警燈以及高響度報(bào)警器能夠有效提醒使用人員立即停止使用。

3)同時(shí)WIFI數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信模塊將由型號(hào)為ARM10e的ARM處理器讀取和分析后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給遠(yuǎn)程的監(jiān)控系統(tǒng)，便于技術(shù)人員對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)的健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

所述ARM處理器4為ARM10e型ARM處理器。精度更高，處理速度更快。

所述A/D轉(zhuǎn)換器3為14位A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換速率更快。

所述報(bào)警燈(未圖示)和高響度報(bào)警器(未圖示)通過導(dǎo)線連接。

本發(fā)明的有益效果為：通過信號(hào)預(yù)處理模塊采集關(guān)節(jié)退化信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。經(jīng)處理器A/D轉(zhuǎn)換模塊，采用小波變換濾波技術(shù)濾波，通過FFT將信號(hào)從時(shí)域到頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換，獲得兩類異質(zhì)傳感器的時(shí)域、頻域的特征數(shù)據(jù)。繼而，判斷機(jī)器人關(guān)節(jié)健康狀態(tài)。同時(shí)，支持WIFI數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信模塊，可以將由型號(hào)為ARM10e的ARM處理器讀取和分析后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給遠(yuǎn)程的監(jiān)控系統(tǒng)，便于技術(shù)人員對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)的健康狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。