[发明专利]基于协同测量的机械手传动单元在线故障诊断系统

说明书

技术领域

本发明属于故障诊断领域，涉及一种基于协同测量的机械手传动单元在线故障诊断系统。

背景技术

纵观中国装配制造业，自动化柔性生产系统和智能制造是其发展趋势。机器人是机电一体化设备，它们代替人类承担大量高精度、高强度的重复性工作，如汽车生产过程中的冲压、涂装、焊接、打磨、搬运、总装等。多自由度机电一体化关节构成的工业机械手，由于其高度的灵活性、可编程和智能性，成为柔性生产和智能制造的骨干设备和基础，工业机械手的稳定性和精密性对生产加工过程至关重要。机械手传动单元由伺服电机、变速箱等构成，在长期而反复的工作状态下，传动单元的啮合部逐渐出现磨损、表面变形、变面脱落等故障状况，这导致机械手的运动平稳性、重复定位精度发生变化。如果不能及时发现并检修故障，将可能铸成重大事故。因此，发明一套能适应工业机械手传动单元变速运动且能对机械手在线监测、故障诊断及预警报警的在线故障诊断系统具有重要意义。

本发明与申请号为201310567302.2的发明专利申请，有以下不同：

201310567302.2发明专利描述的系统，未对其数据采集单元所使用的传感器作说明，且数据采集单元是机器人的组成部分；本发明的数据采集工作由振动传感器完成，且传感器独立于机器人系统之外。

201310567302.2发明专利描述的系统，未对实时数据信息的组成作说明；本发明所采集的实时数据为机械手各关节振动加速度数据、机械手各关节运动角速度数据以及机器人控制器运动控制参数。

201310567302.2发明专利描述的系统，其本地监控单元未对实时数据信息的处理过程作说明，且未对数据比较单元的比较方法作说明；本发明对所采集的实时数据的处理方法以及故障诊断方法均作详细说明。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供基于协同测量的机械手传动单元在线故障诊断系统，能够实时监测机械手各关节的振动加速度、运动角速度，并同步采集机器人控制器的运动控制参数，实现对复杂运动中的工业机械手传动单元的在线故障诊断与预警。

本发明的技术方案：

基于协同测量的机械手传动单元在线故障诊断系统，包括振动传感器、数据采集中继器、机器人RTU(RemoteTerminalUnit远程终端单元)和在线故障诊断子系统；

振动传感器为采用MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem微机电系统)加速度传感器与MEMS陀螺仪开发的仪表，体积小、安全性高、结构紧凑、易于安装，采用CAN(ControllerAreaNetwork控制器局域网络)总线进行数据传输。振动传感器包括MCU(MicrocontrollerUnit微控制单元)、加速度传感器模块、陀螺仪模块、电源模块、信号调理模块和CAN总线模块，振动传感器固定安装在机械手的各关节处，加速度传感器模块采集三轴的振动加速度数据，陀螺仪模块采集三轴的运动角速度数据，信号调理模块对三轴的振动加速度数据信号和三轴的运动角速度数据信号进行抗混叠滤波，MCU对进行抗混叠滤波得到的信号进行模数转换与数据管理，电源模块完成电压转换与电源管理；振动传感器的个数由机械手自由度数目决定，各振动传感器依次将所采集的数据经由CAN总线模块传输至数据采集中继器；

数据采集中继器包括数字信号处理模块、CAN总线模块、电源模块、存储模块、Wi-Fi模块、RS232和RS485，数据采集中继器安装在机器人的基座处，通过CAN总线模块接收机械手各关节处振动传感器采集的数据，数字信号处理模块对接收的振动加速度数据进行平滑滤波处理，电源模块完成电压转换与电源管理，将振动传感器采集到的原始数据和处理后的振动加速度数据保存至存储模块，并通过Wi-Fi模块传输至机器人RTU，RS232用作配置接口，RS485方便在线调试。