【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及谐波减速器故障检测，具体涉及服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法。
技术介绍
1、目前对谐波减速器的研究多集中在载荷特性、疲劳寿命、变形情况、弯曲应力和力学分布等方面，对谐波减速器进行故障诊断的则很少。已有研究通过振动信号对谐波减速器柔性薄壁轴承故障情况展开分析，但是由于工业机器人动作幅度大、结构紧凑，使得基于振动信号的故障分析方法容易受到限制。
2、因而有人提出了电机电流特性分析技术，即以电机定子电流作为故障诊断的切入点，研究电流频率特性与故障之间的对应关系。但是柔性薄壁轴承在工作过程中会受凸轮的影响形变成椭圆形，使得建立基于电机定子电流的故障模型时会与其他旋转部件产生差异，需要考虑柔性薄壁轴承自身结构变化产生的影响，增加柔性薄壁轴承故障建模的难度。
3、使用现有的故障诊断方法，对经常保持在频繁变载变速、急停急启工况的工业机器人的谐波减速器进行故障预测时，大部分情况均会产生较大的误差，导致对故障情况的误判。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法。
2、本专利技术提供服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，包括：
3、构建柔性薄壁轴承旋转冲击对电机负载转矩影响的表达式，得到第三表达式；构建柔性薄壁轴承故障对电机负载转矩影响的表达式，得到第十八表达式；
4、将所述第三表达式与第十八表达式相加计算柔性薄壁轴承旋转
5、获取电机电压平衡方程，得到第十表达式；获取电机气隙磁导率公式，得到第十三表达式；
6、根据所述第四表达式、第十表达式和第十三表达式构建电机定子电流方程；所述电机定子电流方程中包含有电机定子电流相位的多项式；
7、获取检测电流；
8、将所述检测电流代入所述电机定子电流方程，并根据代入数据的电机定子电流相位的多项式构建电机定子电流频率方程；所述电机定子电流频率方程中包含有故障特征频率；
9、根据所述故障特征频率，判断谐波减速器的故障情况。
10、根据本专利技术提供的技术方案，构建柔性薄壁轴承旋转冲击对电机负载转矩影响的表达式，得到第三表达式的步骤包括：
11、建立电机负载转矩和旋转冲击频率的时变负载转矩模型，得到第一表达式；第一表达式中包括旋转冲击频率的广义狄拉克函数表示；
12、对所述第一表达式进行傅里叶变换，得到第二表达式；第二表达式为旋转冲击频率的广义狄拉克函数的具体展开式；
13、将第二表达式代入第一表达式，计算柔性薄壁轴承旋转冲击对电机负载转矩影响的表达式，得到所述第三表达式。
14、根据本专利技术提供的技术方案，根据所述第四表达式、第十表达式和第十三表达式构建电机定子电流方程的步骤包括：
15、根据所述第四表达式计算电机负载转矩与电机电磁转矩对电机转子机械角的影响，得到第八表达式；所述第八表达式中包含有使电机转矩发生波动的电机机械角分量；
16、根据所述第八表达式计算电机总磁动势，得到第十二表达式；
17、对所述第十二表达式和所述第十三表达式的乘积关于电机的机械角积分，计算电机气隙磁通量公式，得到第十四表达式；
18、根据所述使电机转矩发生波动的电机机械角分量、所述第十表达式、所述第十三表达式和所述第十四表达式，计算得到电机定子电流方程。
19、根据本专利技术提供的技术方案，根据所述第四表达式计算电机负载转矩与电机电磁转矩对电机转子机械角的影响，得到第八表达式的步骤包括：
20、构建表示电机电磁转矩和负载转矩在关节处达到动态平衡的电机电磁转矩表达式，得到第五表达式；
21、根据第五表达式和第四表达式的差值计算负载转矩对电机角速度影响的表达式，得到第六表达式；
22、将第四表达式和第五表达式代入所述第六表达式，计算电机负载转矩与电机电磁转矩对电机角速度的影响，得到第七表达式；
23、对所述第七表达式关于时间积分，计算电机负载转矩与电机电磁转矩对电机转子机械角的影响，得到第八表达式；所述第八表达式中包含使电机转矩发生波动的机械角分量。
24、根据本专利技术提供的技术方案，根据所述第八表达式计算电机总磁动势，得到第十二表达式的步骤包括：
25、构建受电机转子机械角影响的电机转子磁动势，得到第十一表达式；
26、构建电机定子磁动势公式，得到第十九表达式；
27、将所述第八表达式代入所述第十一表达式，并与所述第十九表达式相加计算电机总磁动势，得到第十二表达式。
28、根据本专利技术提供的技术方案，根据所述使电机转矩发生波动的电机机械角分量、所述第十表达式、所述第十三表达式和所述第十四表达式，计算得到电机定子电流方程的步骤包括：
29、对所述第九表达式关于时间求导，计算得到电机转矩发生波动的角速度公式；
30、对所述第十三表达式关于时间求导，计算得到气隙磁导幅值的一阶导数公式；
31、对所述第十四表达式关于电机气隙磁通密度求导，并代入所述第十表达式，计算得到第十五表达式；
32、将所述电机转矩发生波动的角速度公式、气隙磁导幅值的一阶导数公式和所述第十五表达式代入所述第十表达式，计算得到所述电机定子电流方程。
33、根据本专利技术提供的技术方案，根据所述故障特征频率，判断谐波减速器的故障的具体步骤包括：
34、当所述故障特征频率等于零时，表示待测的谐波减速器不存在故障；
35、当所述故障特征频率不等于零时，表示待测的谐波减速器存在故障。
36、根据本专利技术提供的技术方案，所述第三表达式由公式(三)表示；
37、
38、其中，tl(t)表示负载转矩，tl0表示负载转矩常量，tld(t)表示柔性薄壁轴承旋转冲击引起的电机负载转矩变化值，ωd(τ)表示旋转冲击对电机角速度影响,t和τ均表示时间，表示柔性薄壁轴承旋转冲击引起的电机负载转矩相位波动。
39、根据本专利技术提供的技术方案，所述第十八表达式由公式(十八)表示；
40、
41、其中，tf(t)表示柔性薄壁轴承故障影响下电机负载转矩变化值,tlc(t)表示柔性轴承故障引起的电机负载转矩变化量,ωc(τ)表示故障对电机角速度影响,t和τ均表示时间，表示柔性轴承故障引起的电机负载转矩相位波动。
42、根据本专利技术提供的技术方案，根据代入数据的电机定子电流相位的多项式构建电机定子电流频率方程的步骤包括：
43、对所述电机定子电流相位的多项式关于时间求导，计算得到定子电流变化率；
44、根据所述定子电流变化率计算得到所述定子电流频率方程。
45、本专利技术的有益效果在于：
46、分别构建本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，包括:
2.根据权利要求1所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，构建柔性薄壁轴承旋转冲击对电机负载转矩影响的表达式，得到第三表达式的步骤包括：
3.根据权利要求1所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，根据所述第四表达式、第十表达式和第十三表达式构建电机定子电流方程的步骤包括：
4.根据权利要求3所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，根据所述第四表达式计算电机负载转矩与电机电磁转矩对电机转子机械角的影响，得到第八表达式的步骤包括：
5.根据权利要求3所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，根据所述第八表达式计算电机总磁动势，得到第十二表达式的步骤包括：
6.根据权利要求3所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，根据所述使电机转矩发生波动的电机机械角分量、所述第十表达式、所述第十三表达式和所述第十四表达式
7.根据权利要求1所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，根据所述故障特征频率，判断谐波减速器的故障的具体步骤包括：
8.根据权利要求1所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，所述第三表达式由公式(三)表示；
9.根据权利要求1所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，所述第十八表达式由公式(十八)表示；
10.根据权利要求1所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，根据代入数据的电机定子电流相位的多项式构建电机定子电流频率方程的步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，包括:
2.根据权利要求1所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，构建柔性薄壁轴承旋转冲击对电机负载转矩影响的表达式，得到第三表达式的步骤包括：
3.根据权利要求1所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，根据所述第四表达式、第十表达式和第十三表达式构建电机定子电流方程的步骤包括：
4.根据权利要求3所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，根据所述第四表达式计算电机负载转矩与电机电磁转矩对电机转子机械角的影响，得到第八表达式的步骤包括：
5.根据权利要求3所述的服役工况影响下机器人关节机电耦合建模及故障检测方法，其特征在于，根据所述第八表达式计算电机总磁动势，得到第十二表达式的步骤包括：
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：张露予，闫捷，韩旭，王嘉，赵一卓，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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