[發明專利]一種基于功率的工業機械臂異常運動在線檢測方法

有效

• 申請號: 202010895795.2
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112050782B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 程鵬;苑心齊;浦宏藝;陳積明;賈寧波
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01C9/00
• 分類號: G01C9/00;G01M13/02;G01R21/00;G01R31/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種基于功率的工業機械臂異常運動在線檢測方法，其特征在于，該方法基于工業機械臂異常運動在線檢測系統實現，該系統包括位置數據采集模塊、功率數據采集模塊和異常檢測模塊；其中，兩個數據采集模塊獲取機械臂正常運行時的位置、功率采樣數據作為模型初始化樣本；異常檢測模塊利用樣本數據擬合工業機械臂的泛化動力學模型實現功率消耗模型的特異化，并進一步根據由功率消耗模型得到的預測功率與實際消耗功率間的累積偏差或瞬時偏差是否超過指定閾值實現異常檢測及模型更新，該方法具體包括如下步驟：

步驟1：對工業機械臂的位置數據和功率數據進行采樣、預處理，并將位置數據和功率數據分別傳輸給異常檢測模塊；

步驟2：異常檢測模塊對功率數據和位置數據進行時間同步處理，剔除功率數據中無對應位置數據的無效數據，得到功率-位置數據組；

步驟3：基于功率-位置數據組推斷工業機械臂的泛化動力學模型中的未知參數，從而實現功率消耗模型的特異化；

步驟4：異常檢測模塊基于機械臂的位置數據實時估計功率的輸出值；

步驟5：異常檢測模塊根據預測功率與實際采樣功率在給定時間窗內的累積偏差或瞬時偏差是否超過指定閾值實現異常檢測及模型更新。

2.如權利要求1所述的一種基于功率的工業機械臂異常運動在線檢測方法，其特征在于，所述步驟1中，功率數據采集模塊經異常檢測模塊與現場控制網絡間接相連，同時由于位置數據采集模塊發送的數據格式簡單明確，通過在位置數據采集模塊和異常檢測模塊的通信信道上配置安全網關的數據過濾規則實現網絡隔離；功率數據采集模塊和位置數據采集模塊采用分離信道進行通信，位置數據的采樣頻率遠小于功率數據。

3.如權利要求1所述的一種基于功率的工業機械臂異常運動在線檢測方法，其特征在于，所述步驟1中，功率數據采集模塊直接采集工業機械臂供電電源的電流和電壓數據；功率數據采集模塊以連續采樣模式對電流、電壓采樣通道進行配置，設置采樣頻率，與異常檢測模塊未建立連接時，將采樣得到的數據進行序列化后緩存；

位置數據采集模塊首先根據機械臂的“握手”報文識別機械臂的類型，然后根據識別出的機械臂類型調用相應的位置數據解析方法，并將提取出來的有效數據進行格式化處理，并在序列化后通過TCP/IP轉發給異常檢測模塊，從而實現位置數據向異常檢測模塊的轉發。

4.如權利要求1所述的一種基于功率的工業機械臂異常運動在線檢測方法，其特征在于，所述步驟1中，位置數據采集模塊掃描、識別出子網中活躍的機械臂控制器及其類型，將選擇的待檢測機械臂控制器通過TCP/IP協議與異常檢測模塊建立通信連接；異常檢測模塊接收到位置數據采集模塊的連接請求后觸發異常檢測模塊的通信機制，嘗試與功率數據采集模塊建立連接；若兩條信道均建立成功，則開始進行功率數據和位置數據的采集。

5.如權利要求1所述的一種基于功率的工業機械臂異常運動在線檢測方法，其特征在于，所述步驟2中，根據功率數據和位置數據的時間戳實現數據對齊；時間同步算法包括靜態時間對齊和動態時間對齊兩部分，靜態時間對齊利用時間同步技術保證設備之間的全局時鐘同步，動態時間對齊通過對功率數據和位置數據進行非同頻采樣，并利用時間戳的最近匹配原則選取對應的功率和位置數據組成功率-位置數據組，從而實現數據的時間對齊。