一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选方法技术

本发明专利技术涉及一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选系统与方法。该系统包括下位机、工业机器人控制柜、工业机器人本体、信号采集卡、传感器、通信卡、上位机。该系统通过信号采集卡采集振动、电流、声发射等多种传感器数据到下位机，通过通信卡采集机器人控制柜内部的实时信息到下位机；上位机提供图形用户界面，同时支持数据筛选功能：根据用户需求筛选出特定关节角度范围内的振动、电流、声发射等传感器数据。该系统通用性强，能够同时采集与工业机器人健康监测相关的多种传感器信号，并支持数据筛选功能，能够自动化地筛选出工业机器人平稳运行期间的传感器信号，从而使工业机器人的故障诊断结果更加准确，具有很高的推广价值。价值。价值。

【技术实现步骤摘要】
一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选方法


[0001]本专利技术涉及一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选系统与方法，该系统主要用于工业机器人状态信息的采集、数据的筛选，属于工业机器人故障诊断领域。

技术介绍

[0002]工业机器人是智能制造系统最具代表性的设备之一，其精度退化和设备故障问题十分突出，给企业的安全生产和经济效益造成巨大负面影响，不仅给企业带来生产安全问题，还会在经济效益层面造成巨大的损失。但目前面向工业机器人的健康评估方法尚未开展较多研究。由此可见，研究工业机器人的健康评估方法，采集并分析其状态监测数据，对于减少意外停机事故，延长机器人的精度和使用寿命，从而减少企业意外损失和实现安全生产具有重要意义。
[0003]工业机器人运动不同于旋转机械，工业机器人关节在运动中属于往返运动，且速度具有三个阶段：由加速启动到平稳再到减速，因此整个运动周期并非平稳运动。而建立故障诊断模型采用平稳阶段的健康监测信号更能训练出可靠的故障诊断模型，再从平稳阶段信号中截取若干样本，从而训练基于数据驱动的故障诊断模型。
[0004]机器人运行过程中每个周期产生的数据量大，人工筛选耗时长、效率低，这就引起了工业机器人健康评估的一个重要问题，即，如何自动化筛选出工业机器人在平稳状态的健康监测数据。通过数据筛选系统，筛选出工业机器人在平稳状态的健康监测数据，从而为训练基于数据驱动的故障诊断模型构建做准备。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选系统与方法，以克服上述缺陷。
[0006]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0007]一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选方法，包括以下步骤：
[0008]下位机通过采集板卡分别建立与多种健康监测传感器之间的通信连接；
[0009]下位机通过以太网建立与上位机的通信连接；
[0010]下位机建立与工业机器人控制柜之间的通信连接；
[0011]下位机实时获取健康监测传感器数据与工业机器人控制柜信号并进行存储；
[0012]下位机利用设定的筛选角度区间，结合工业机器人控制柜信号，对存储的健康监测传感器数据进行筛选，并将筛选结果通过上位机显示。
[0013]所述下位机建立与工业机器人控制柜之间的通信连接，包括以下步骤：
[0014]下位机获取工业机器人控制柜的通信参数；
[0015]下位机通过通讯卡与工业机器人控制柜建立连接，通过Profinet协议，利用工业机器人控制柜的通信参数配置下位机，建立下位机与工业机器人控制柜的通信。
[0016]下位机还分别对健康监测传感器数据的存储起始时间以及采集频率、工业机器人
控制柜信号的存储起始时间以及采集频率进行存储。
[0017]所述下位机接收的健康监测传感器数据包括：振动信号、电流信号、声发射信号中至少一种；
[0018]所述下位机接收的工业机器人控制柜信号包括：关节角度、位置坐标、扭矩。
[0019]所述筛选角度区间为[Angle_left_constant，Angle_right_constant]，区间范围在工业机器人关节运转范围内；若区间内左极值小于区间内右极值，则筛选出的健康监测传感器数据为工业机器人关节正转期间的数据，若区间内左极值大于区间内右极值，则筛选出的健康监测传感器数据为工业机器人关节反转期间的数据。
[0020]所述利用设定的筛选角度区间，结合工业机器人控制柜信号，对存储的健康监测传感器数据进行筛选，具体为：
[0021]1)为存储的每一类健康监测传感器数据分别添加时间索引序列，将每个实时健康监测传感器映数据射到时间戳：根据健康监测传感器数据采集的存储起始时间T
sensor_start
和健康监测传感器数据的采集频率f
sensor
，计算出健康监测传感器数据关节每个实时角度值对应的时间戳Timestamp1：
[0022][0023]其中，index_num
sensor
为健康监测传感器数据的索引；
[0024]2)将实时角度值映射到时间戳：根据工业机器人控制柜信号的存储起始时间T
robot_start
和工业机器人控制柜信号的采集频率f
robot
，计算出工业机器人控制柜信号关节每个实时角度值对应的时间戳Timestamp2：
[0025][0026]其中，index_num
angle
为实时角度值的索引；
[0027]3)从前往后开始遍历实时角度值,寻找筛选区间左区间值Angle_left_constant，记录其时间戳Timestamp2，记为Timestamp
left_constant
，继续往下遍历实时角度值，寻找筛选区间右区间值Angle_right_constant，记录其时间戳Timestamp2，记为Timestamp
right_constant
；
[0028]4)若Angle_left_constant小于Angle_right_constant，则筛选信号为正转阶段，判断时间区间在[Timestamp
left_constant
,Timestamp
right_constant
]内的实时角度信号是否为递增，若递增，则截取该时间区间内Timestamp1对应的健康监测传感器数据，并保存，否则，不对该区间的健康监测传感器数据进行处理；
[0029]若Angle_left_constant大于Angle_right_constant，则筛选信号为反转阶段，判断时间区间在[Timestamp
left_constant
,Timestamp
right_constant
]内的实时角度信号是否为递减，若递减，则截取该时间区间内Timestamp1对应的健康监测传感器数据，并保存，否则，不对该区间的健康监测传感器数据进行处理；
[0030]5)继续从Timestamp
right_constant
开始遍历实时角度值，循环步骤3)和步骤4)，直到遍历所有角度值。
[0031]一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选系统，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现所述的
一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选方法。
[0032]一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选系统，包括：多种健康监测传感器、工业机器人控制柜、下位机、以及上位机，
[0033]所述多种健康监测传感器，分别安装在工业机器人上，用于采集健康监测传感器数据，并将采集到的健康监测传感器数据通过采集板卡发送给下位机；
[0034]所述工业机器人控制柜，一边与工业机器人连接，另一边通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：下位机通过采集板卡分别建立与多种健康监测传感器之间的通信连接；下位机通过以太网建立与上位机的通信连接；下位机建立与工业机器人控制柜之间的通信连接；下位机实时获取健康监测传感器数据与工业机器人控制柜信号并进行存储；下位机利用设定的筛选角度区间，结合工业机器人控制柜信号，对存储的健康监测传感器数据进行筛选，并将筛选结果通过上位机显示。2.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选方法，其特征在于，所述下位机建立与工业机器人控制柜之间的通信连接，包括以下步骤：下位机获取工业机器人控制柜的通信参数；下位机通过通讯卡与工业机器人控制柜建立连接，通过Profinet协议，利用工业机器人控制柜的通信参数配置下位机，建立下位机与工业机器人控制柜的通信。3.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选方法，其特征在于，下位机还分别对健康监测传感器数据的存储起始时间以及采集频率、工业机器人控制柜信号的存储起始时间以及采集频率进行存储。4.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选方法，其特征在于，所述下位机接收的健康监测传感器数据包括：振动信号、电流信号、声发射信号中至少一种；所述下位机接收的工业机器人控制柜信号包括：关节角度、位置坐标、扭矩。5.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选方法，其特征在于，所述筛选角度区间为[Angle_left_constant，Angle_right_constant]，区间范围在工业机器人关节运转范围内；若区间内左极值小于区间内右极值，则筛选出的健康监测传感器数据为工业机器人关节正转期间的数据，若区间内左极值大于区间内右极值，则筛选出的健康监测传感器数据为工业机器人关节反转期间的数据。6.根据权利要求1或3所述的一种用于工业机器人健康监测的数据采集与筛选方法，其特征在于，所述利用设定的筛选角度区间，结合工业机器人控制柜信号，对存储的健康监测传感器数据进行筛选，具体为：1)为存储的每一类健康监测传感器数据分别添加时间索引序列，将每个实时健康监测传感器映数据射到时间戳：根据健康监测传感器数据采集的存储起始时间T
sensor_start
和健康监测传感器数据的采集频率f
sensor
，计算出健康监测传感器数据关节每个实时角度值对应的时间戳Timestamp1：其中，index_num
sensor
为健康监测传感器数据的索引；2)将实时角度值映射到时间戳：根据工业机器人控制柜信号的存储起始时间T
robot_start
和工业机器人控制柜信号的采集频率f
robot
，计算出工业机器人控制柜信号关节每个实时角度值对应的时间戳Timestamp2：
其中，index_num
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锴，赵威，徐皑冬，曾鹏，刘明哲，孙越，季成丞，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：