CN106553209A - 一种高铁机车健康诊断装置 - Google Patents

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CN106553209A CN201611045844.3A CN201611045844A CN106553209A CN 106553209 A CN106553209 A CN 106553209A CN 201611045844 A CN201611045844 A CN 201611045844A CN 106553209 A CN106553209 A CN 106553209A
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陈斌
张井安
黄辉
丁雨凤
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Dongtai Su Zhong Electrical Machinery Co Ltd
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Dongtai Su Zhong Electrical Machinery Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0095—Means or methods for testing manipulators
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Abstract

本发明公开一种高铁机车健康诊断装置，包括电源模块、信号预处理模块、A/D转换器、ARM处理器、状态显示模块、声光报警模块和网络通信模块，所述电源模块与信号预处理模块、A/D转换模块、ARM处理器、状态显示模块相互电性连接，所述信号预处理模块中设置有加速度传感器和压电声发射传感器，所述的网络通信模块与ARM处理器相连，所述网络通信模块内设置有WIFI接口，所述的声光报警模块与状态显示模块相连，所述声光报警模块由报警灯和高响度报警器组成，该高铁机车健康诊断装置具有远程监控、检测判断机器人关节健康状态，在故障发生前及时将机器人断电的功能。

Description

一种高铁机车健康诊断装置
技术领域
本发明涉及一种高铁机车健康诊断装置。
背景技术
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手臂的智能***，是衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。国际机器人联合会报告称2017 年中国工业机器人数量将跃居全球第一，达42.8 万台。工业机器人在焊接、码垛、分拣、码头及高危工作环境中替代人力的作用日渐凸显，其精准度高、速度快、工作时间长等特性备受业界关注。然而，工业机器人长期处于高强度、频繁和重复运行状态下，机器人性能和健康状态不可避免地发生退化，尤其是占工业机器人成本53%-63%的关节，其性能的好坏直接影响机器人的性能。由于关节不断磨损，间隙增加，致使定位精度和重复定位精度降低。同时，各关节作为闭环控制***内部关联组成，某个关节的异常可能导致控制信号偏离正常值, 进而通过反馈使得机器人整体脱离正常工作范围，最终造成机器人失效。而失效引发的事故，可能造成灾难性的后果。2013 年，美国加州生产的价值150 万美元用于执行精确手术的机器人手臂在手术过程中几次发生卡死或停顿的情况，导致几名使用该***的患者死亡。传统的“预防性维护”根据经验定期检验机器人关节，会造成“维护过剩”或“维护不足”；而“事后维修”造成的机器人停机时间长，损失巨大。ATS 公司统计发现汽车工厂由于机器人停机所造成的损失每分钟平均可达22000 美元。因此，工业机器人多关节健康状态实时评估和预测已成为工业机器人发展中突显亟待解决的新问题，也是实施“中国制造2025”要解决的根本问题之一。
信息技术、传感技术、控制技术、人工智能技术等的不断发展与应用，使工业机器人工作状态与环境等相关信息的实时检测、实时处理、实时补偿、实时控制成为可能。尽管机器人关节是复杂的机电***，多个关节具有不同自由度，多关节之间相互耦合，相互影响。但工业机器人关节性能的退化是由量变到质变的演化过程，并附有征兆，即表现为"潜在故障"。仅从振动信号难以充分提取关节状态信息，而且易受环境噪声影响造成测量不精确，引起数据的不确定性。。为此，本发明专利设计了机器人工业机器人关节诊断装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有远程监控、检测判断机器人关节健康状态，在故障发生前及时将机器人断电的功能的高铁机车健康诊断装置。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种高铁机车健康诊断装置，包括电源模块、信号预处理模块、A/D转换器、ARM处理器、状态显示模块、声光报警模块和网络通信模块，所述电源模块与信号预处理模块、A/D转换模块、ARM处理器、状态显示模块相互电性连接，所述信号预处理模块中设置有加速度传感器和压电声发射传感器，所述的网络通信模块与ARM处理器相连，所述网络通信模块内设置有WIFI接口，所述的声光报警模块与状态显示模块相连，所述声光报警模块由报警灯和高响度报警器组成。
进一步的，所述高铁机车健康诊断装置的运行原理，包括以下步骤：
1）在运动状态机器人的多个关节处，加速度传感器可测得低频的震动信号，压电声发射传感器可测得高频的声音信号。在信号预处理模块中对获得的信号进行放大、滤波等操作；
2）将数据输入到与信号预处理模块输出端相连接的A/D转换模块，将连续的信号转换成便于处理的数字信号后，由型号为ARM10e的ARM处理器读取和分析并将状态检测结果输出到状态显示模块上，状态显示模块能够显示被测关节的剩余使用寿命，并在关节出现故障时，及时触发声光报警模块，声光报警模块中的报警灯以及高响度报警器能够有效提醒使用人员立即停止使用；
3）同时WIFI数据传输的网络通信模块将由型号为ARM10e的ARM处理器读取和分析后的数据实时发送给远程的监控***，便于技术人员对机器人关节的健康状态进行监控。
进一步的，所述ARM处理器为ARM10e型ARM处理器。精度更高，处理速度更快。
进一步的，所述A/D转换器为14位A/D转换器。转换速率更快。
进一步的，所述报警灯和高响度报警器通过导线连接。
本发明的有益效果为：通过信号预处理模块采集关节退化信息，进行数据预处理。经处理器A/D转换模块，采用小波变换滤波技术滤波，通过FFT 将信号从时域到频域信号转换，获得两类异质传感器的时域、频域的特征数据。继而，判断机器人关节健康状态。同时，支持WIFI数据传输的网络通信模块，可以将由型号为ARM10e的ARM处理器读取和分析后的数据实时发送给远程的监控***，便于技术人员对机器人关节的健康状态进行监控。
附图说明
图1为本发明一种高铁机车健康诊断装置的工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种高铁机车健康诊断装置，包括电源模块1、信号预处理模块2、A/D转换器3、ARM处理器4、状态显示模块5、声光报警模块6和网络通信模块7，所述电源模块1与信号预处理模块2、A/D转换模块3、ARM处理器4、状态显示模块5相互电性连接，所述信号预处理模块2中设置有加速度传感器8和压电声发射传感器9，所述的网络通信模块7与ARM处理器4相连，所述网络通信模块内7设置有WIFI接口（未图示），所述的声光报警模块6与状态显示模块5相连，所述声光报警模块6由报警灯（未图示）和高响度报警器（未图示）组成。
所述高铁机车健康诊断装置的运行原理，包括以下步骤：
1）在运动状态机器人的多个关节处，加速度传感器可测得低频的震动信号，压电声发射传感器可测得高频的声音信号。在信号预处理模块中对获得的信号进行放大、滤波等操作；
2）将数据输入到与信号预处理模块输出端相连接的A/D转换模块，将连续的信号转换成便于处理的数字信号后，由型号为ARM10e的ARM处理器读取和分析并将状态检测结果输出到状态显示模块上，状态显示模块能够显示被测关节的剩余使用寿命，并在关节出现故障时，及时触发声光报警模块，声光报警模块中的报警灯以及高响度报警器能够有效提醒使用人员立即停止使用；
3）同时WIFI数据传输的网络通信模块将由型号为ARM10e的ARM处理器读取和分析后的数据实时发送给远程的监控***，便于技术人员对机器人关节的健康状态进行监控；
所述ARM处理器4为ARM10e型ARM处理器。精度更高，处理速度更快。
所述A/D转换器3为14位A/D转换器。转换速率更快。
所述报警灯（未图示）和高响度报警器（未图示）通过导线连接。
本发明的有益效果为：通过信号预处理模块采集关节退化信息，进行数据预处理。经处理器A/D转换模块，采用小波变换滤波技术滤波，通过FFT 将信号从时域到频域信号转换，获得两类异质传感器的时域、频域的特征数据。继而，判断机器人关节健康状态。同时，支持WIFI数据传输的网络通信模块，可以将由型号为ARM10e的ARM处理器读取和分析后的数据实时发送给远程的监控***，便于技术人员对机器人关节的健康状态进行监控。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高铁机车健康诊断装置，其特征在于：包括电源模块、信号预处理模块、A/D转换器、ARM处理器、状态显示模块、声光报警模块和网络通信模块，所述电源模块与信号预处理模块、A/D转换模块、ARM处理器、状态显示模块相互电性连接，所述信号预处理模块中设置有加速度传感器和压电声发射传感器，所述的网络通信模块与ARM处理器相连，所述网络通信模块内设置有WIFI接口，所述的声光报警模块与状态显示模块相连，所述声光报警模块由报警灯和高响度报警器组成。
2.如权利要求1所述的一种高铁机车健康诊断装置, 其特征在于：所述高铁机车健康诊断装置的运行原理，包括以下步骤：
1）在运动状态机器人的多个关节处，加速度传感器可测得低频的震动信号，压电声发射传感器可测得高频的声音信号，在信号预处理模块中对获得的信号进行放大、滤波等操作；2）将数据输入到与信号预处理模块输出端相连接的A/D转换模块，将连续的信号转换成便于处理的数字信号后，由型号为ARM10e的ARM处理器读取和分析并将状态检测结果输出到状态显示模块上，状态显示模块能够显示被测关节的剩余使用寿命，并在关节出现故障时，及时触发声光报警模块，声光报警模块中的报警灯以及高响度报警器能够有效提醒使用人员立即停止使用；
3）同时WIFI数据传输的网络通信模块将由型号为ARM10e的ARM处理器读取和分析后的数据实时发送给远程的监控***，便于技术人员对机器人关节的健康状态进行监控。
3.如权利要求2所述的高铁机车健康诊断装置，其特征在于：所述ARM处理器为ARM10e型ARM处理器。
4.如权利要求3所述的高铁机车健康诊断装置，其特征在于：所述A/D转换器为14位A/D转换器。
5.如权利要求4所述的高铁机车健康诊断装置，其特征在于：所述报警灯和高响度报警器通过导线连接。
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