[發明專利]一種面向工業機器人機械傳動部件健康監測的關節動作劃分方法

有效

• 申請號: 202210499683.4
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114700988B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 雷亞國;趙軍;李乃鵬;曹軍義;李響;楊彬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

面向工業機器人機械傳動部件健康監測的關節動作劃分方法，首先獲取特定作業任務的工業機器人每種關節動作的運行時長；然后通過多物理源信號聯動獲取每個關節動作對應的信號區間，具體是獲取外加振動、電流等多物理源信號，為減少計算量和增強關節動作變換帶來的跳變效應，對采集的振動信號進行降采樣，基于降采樣信號利用跳變點識別算法獲取跳變點集合，基于關節電流信號是否存在和采集的振動信號趨勢特征對跳變點集合進行篩選以獲取起始點，結合關節動作運行時長定位每次采樣時長內每種關節動作運行時段；最后針對每種關節動作所對應的振動信號計算其退化指標，以實現多關節動作機器人的健康監測，本發明改善了機器人健康監測的精確性和可靠性。

技術領域

本發明屬于工業機器人健康監測技術領域，具體涉及一種面向工業機器人機械傳動部件健康監測的關節動作劃分方法。

背景技術

工業機器人由于具有通用性強、高效可靠、重復精度高等優點，在傳統制造業等勞動密集型產業的轉型升級中發揮著越來重要的作用，成為了企業提高生產效率、改進產品質量和一致性、降低企業生產及勞動力成本的關鍵。但是由于工業機器人作為一種結構精密復雜的機電一體化系統，集機械工程技術、電子工程技術、信息傳感器技術以及計算機科學技術于一身，其日常維護與保養成本頗高、事故案例頻發，因此亟待開展工業機器人的健康監測研究，進而全面掌控其健康動態，保障生產質量，提高生產效率。

目前基于外部振動信號的工業機器人健康監測是通過從安裝于機器人腕關節處的加速度傳感器采集到的機器人運行過程中的振動信號數據中提取退化指標進而實現的。然而對于實際工業場景，工業機器人在執行特定作業任務過程中往往存在多關節動作的切換，考慮到多關節動作的耦合以及單次振動信號數據采樣樣本內所包含的關節動作的差異性，如果直接針對單次振動信號數據采樣樣本提取退化指標，無法實現精確的健康監測功能甚至會造成健康狀態的誤判，因此需要考慮關節動作切換時振動信號表現的特點和外加傳感器的布置方案來實現面向工業機器人機械傳動部件健康監測的關節動作劃分，進而提高工業機器人健康監測的精確性和可靠性。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的缺點，本發明的目的在于提供了一種面向工業機器人機械傳動部件健康監測的關節動作劃分方法，首先確定執行特定作業任務的工業機器人振動信號采集方案，其次通過聯合多物理源信號實現機器人關節運動劃分，最終對不同關節動作進行分別監測，實現機器人機械傳動部件健康監測精確性的提升。

為達到上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種面向工業機器人機械傳動部件健康監測的關節動作劃分方法，包括以下步驟：

1)獲取特定作業任務的工業機器人不同關節動作的運行時長；

2)多物理源信號聯動獲取每個關節動作對應的振動信號區間；

3)計算每個關節動作對應的退化指標實現工業機器人機械傳動部件的健康監測。

所述的步驟1)具體過程為：初期根據工業機器人特定作業任務需求，在布置軌跡規劃算法時通過內部信號確定每種關節動作的運行時長，假設有p種關節動作，獲得運行時長集合為T＝(t₁,...,t_i,...,t_p)。

所述的步驟2)具體過程為：當工業機器人發生關節動作切換時，即從一個關節動作切換到另一個關節動作，布置在工業機器人上的外部振動傳感器所采集的振動信號波形必然會發生跳變，通過獲取振動信號中的顯著跳變點來定位不同的關節動作對應的信號區間，流程如下：

2.1)對采集的振動信號進行降采樣：

降采樣基本流程如下：

2.1.1)將采集的振動信號y_1:n＝(y₁,...,y_n)用l_win長度的窗口去切分，獲得段信號，且每段信號表示為其中n為采集的振動信號總長度；