[發明專利]一種關節型機器人電流耦合信號分離提取方法

有效

• 申請號: 202010314574.1
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111469128B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 周俊;歐陽志民;伍星;柳小勤;劉韜;劉暢;侯永權
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 昆明同聚專利代理有限公司 53214
• 代理人: 蘇蕓蕓

本發明公開了一種關節型機器人電流耦合信號分離提取方法，屬工業機器人狀態監測及故障診斷領域，該方法首先獲取機器人待研究關節在單關節運動狀態下和雙關節聯動狀態下電機編碼器的反饋脈沖信號并計算得到實時轉角；然后基于動力學仿真模型獲得關節驅動力矩；通過驅動力矩與電流的關系得到繞組電流并據此判斷是否存在耦合作用；最后獲取機器人電流信號，經過濾波處理之后提取其包絡，實現機器人關節電流信號耦合分離；本方法對機器人關節電流的噪聲大小沒有要求，對任何運作環境下的關節電流信號都能通過濾波處理濾除噪聲得到光滑的電流信號，進而進行包絡提取，實現任何運作環境下的關節機器人電流信號耦合作用部分與和耦合無關部分的分離。

技術領域

本發明涉及一種關節型機器人電流耦合信號分離提取方法，屬工業機器人狀態監測及故障診斷技術領域。

背景技術

六自由度串聯工業機器人在工業自動化生產中的應用非常廣泛，長時間的運作導致的零件磨損以及一些突發事件的發生都可能導致機器人突然停止運行，從而破壞生產線的運作，對企業造成損失，所以對機器人停機前表現出來的一些特征的及時反應并提前做出應對方案即對機器人實時的運行狀態進行監測顯得尤為重要。機器人關節的主要裝置為伺服電機和減速器，所以對機器人的監測與傳統的電機、減速器狀態監測方法可以互相借鑒。傳統的電機狀態監測是采用其振動信號或者是電流信號，但對于六自由度串聯機器人而言，相比于電流信號，振動信號存在采集難度大、成本高等問題，而電流信號可以從機器人電柜里面直接獲取，采集方便、成本低。

運用電流信號對齒輪、電機等機械裝置進行故障診斷取得了較好的成果，而且對于機器人來說，其電流信號用于機器人狀態監測具有諸多的優勢，但是串聯機器人各關節之間是聯接在一起的，其關節之間存在耦合現象，即除了末端電機，其他電機的電流信號并非只表達該電機對應的關節臂的狀態，其包含了該電機后面連接的所有關節臂的運行狀態，所以需要解除關節電流信號中存在的耦合作用才能實現使用機器人電流信號對機器人每個關節臂的運行狀態進行精確的監測；將原電機電流信號中與耦合相關的部分分離提取出來，利用提取的部分進行后續的機器人電流信號解耦分析，實現關節機器人電流信號解耦，即每個關節的電流信號只包含當前關節的狀態信息，對運用電流信號進行機器人關節進行狀態檢測具有重大意義。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種關節型機器人電流耦合信號分離提取方法，該方法對機器人關節電流的噪聲大小沒有要求，對任何運作環境下的關節機器人電流信號都能通過濾波處理濾除噪聲得到光滑的電流信號，并實現任何運作環境下的關節機器人電流信號耦合作用部分與和耦合無關部分的分離。

本發明關節型機器人電流耦合信號分離提取方法具體步驟如下：

(1)在單關節運動狀態下運動θ角度時，采集機器人第i關節在不同時間點下的電機編碼器反饋脈沖信號，利用電機編碼器反饋脈沖信號計算機器人第i關節在不同時間點下的實時轉角數據；利用ADAMS軟件搭建動力學仿真模型，將實時轉角數據代入動力學仿真模型得到第i關節在不同時間點下的驅動力矩F₁；

在第i關節和第i+1關節雙關節聯動狀態下運動θ角度時，采集機器人第i關節和第i+1關節在不同時間點下的電機編碼器反饋脈沖信號，利用電機編碼器反饋脈沖信號計算機器人第i關節和第i+1關節在不同時間點下的實時轉角數據；利用ADAMS軟件搭建動力學仿真模型，將第i關節和第i+1關節實時轉角數據代入動力學仿真模型得到第i關節在不同時間點下的驅動力矩F₂；

所述關節運動的θ角度變化范圍不超過機器人關節所能轉動的最大角度；

所述利用ADAMS軟件搭建動力學仿真模型為常規方法，例如參照文獻“劉佩森,靳杏子等.基于ADAMS的工業機器人建模與動力學仿真[J].成都工業學院學報,2018,21(4):10-13,59.”中的方法構建；