本發明涉及一種工業機器人關節健康診斷裝置。
背景技術：
工業機器人是面向工業領域的多關節機械手臂的智能系統，是衡量一個國家制造水平和科技水平的重要標志。國際機器人聯合會報告稱2017年中國工業機器人數量將躍居全球第一，達42.8萬臺。工業機器人在焊接、碼垛、分揀、碼頭及高危工作環境中替代人力的作用日漸凸顯，其精準度高、速度快、工作時間長等特性備受業界關注。然而，工業機器人長期處于高強度、頻繁和重復運行狀態下，機器人性能和健康狀態不可避免地發生退化，尤其是占工業機器人成本53％-63％的關節，其性能的好壞直接影響機器人的性能。由于關節不斷磨損，間隙增加，致使定位精度和重復定位精度降低。同時，各關節作為閉環控制系統內部關聯組成，某個關節的異常可能導致控制信號偏離正常值,進而通過反饋使得機器人整體脫離正常工作范圍，最終造成機器人失效。而失效引發的事故，可能造成災難性的后果。2013年，美國加州生產的價值150萬美元用于執行精確手術的機器人手臂在手術過程中幾次發生卡死或停頓的情況，導致幾名使用該系統的患者死亡。傳統的“預防性維護”根據經驗定期檢驗機器人關節，會造成“維護過剩”或“維護不足”；而“事后維修”造成的機器人停機時間長，損失巨大。ATS公司統計發現汽車工廠由于機器人停機所造成的損失每分鐘平均可達22000美元。因此，工業機器人多關節健康狀態實時評估和預測已成為工業機器人發展中突顯亟待解決的新問題，也是實施“中國制造2025”要解決的根本問題之一。
信息技術、傳感技術、控制技術、人工智能技術等的不斷發展與應用，使工業機器人工作狀態與環境等相關信息的實時檢測、實時處理、實時補償、實時控制成為可能。盡管機器人關節是復雜的機電系統，多個關節具有不同自由度，多關節之間相互耦合，相互影響。但工業機器人關節性能的退化是由量變到質變的演化過程，并附有征兆，即表現為"潛在故障"。僅從振動信號難以充分提取關節狀態信息，而且易受環境噪聲影響造成測量不精確，引起數據的不確定性。。為此，本實用新型專利設計了機器人工業機器人關節診斷裝置。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種具有遠程監控、檢測判斷機器人關節健康狀態，在故障發生前及時將機器人斷電的功能的工業機器人關節健康診斷裝置。
為解決上述問題，本發明采用如下技術方案：
一種工業機器人關節健康診斷裝置，包括電源模塊、信號預處理模塊、A/D轉換器、ARM處理器、狀態顯示模塊、聲光報警模塊和網絡通信模塊，所述電源模塊與信號預處理模塊、A/D轉換模塊、ARM處理器、狀態顯示模塊相互電性連接，所述信號預處理模塊中設置有加速度傳感器和壓電聲發射傳感器，所述的網絡通信模塊與ARM處理器相連，所述網絡通信模塊內設置有WIFI接口，所述的聲光報警模塊與狀態顯示模塊相連，所述聲光報警模塊由報警燈和高響度報警器組成。
進一步的，所述工業機器人關節健康診斷裝置的運行原理，包括以下步驟：
1)在運動狀態機器人的多個關節處，加速度傳感器可測得低頻的震動信號，壓電聲發射傳感器可測得高頻的聲音信號。在信號預處理模塊中對獲得的信號進行放大、濾波等操作。
2)將數據輸入到與信號預處理模塊輸出端相連接的A/D轉換模塊，將連續的信號轉換成便于處理的數字信號后，由型號為ARM10e的ARM處理器讀取和分析并將狀態檢測結果輸出到狀態顯示模塊上，狀態顯示模塊能夠顯示被測關節的剩余使用壽命，并在關節出現故障時，及時觸發聲光報警模塊，聲光報警模塊中的報警燈以及高響度報警器能夠有效提醒使用人員立即停止使用。
3)同時WIFI數據傳輸的網絡通信模塊將由型號為ARM10e的ARM處理器讀取和分析后的數據實時發送給遠程的監控系統，便于技術人員對機器人關節的健康狀態進行監控。
進一步的，所述ARM處理器為ARM10e型ARM處理器。精度更高，處理速度更快。
進一步的，所述A/D轉換器為14位A/D轉換器。轉換速率更快。
進一步的，所述報警燈和高響度報警器通過導線連接。
本發明的有益效果為：通過信號預處理模塊采集關節退化信息，進行數據預處理。經處理器A/D轉換模塊，采用小波變換濾波技術濾波，通過FFT將信號從時域到頻域信號轉換，獲得兩類異質傳感器的時域、頻域的特征數據。繼而，判斷機器人關節健康狀態。同時，支持WIFI數據傳輸的網絡通信模塊，可以將由型號為ARM10e的ARM處理器讀取和分析后的數據實時發送給遠程的監控系統，便于技術人員對機器人關節的健康狀態進行監控。
附圖說明
圖1為本發明一種工業機器人關節健康診斷裝置的工作流程圖
具體實施方式
如圖1所示，一種工業機器人關節健康診斷裝置，包括電源模塊1、信號預處理模塊2、A/D轉換器3、ARM處理器4、狀態顯示模塊5、聲光報警模塊6和網絡通信模塊7，所述電源模塊1與信號預處理模塊2、A/D轉換模塊3、ARM處理器4、狀態顯示模塊5相互電性連接，所述信號預處理模塊2中設置有加速度傳感器8和壓電聲發射傳感器9，所述的網絡通信模塊7與ARM處理器4相連，所述網絡通信模塊內7設置有WIFI接口(未圖示)，所述的聲光報警模塊6與狀態顯示模塊5相連，所述聲光報警模塊6由報警燈(未圖示)和高響度報警器(未圖示)組成。
所述工業機器人關節健康診斷裝置的運行原理，包括以下步驟：
1)在運動狀態機器人的多個關節處，加速度傳感器可測得低頻的震動信號，壓電聲發射傳感器可測得高頻的聲音信號。在信號預處理模塊中對獲得的信號進行放大、濾波等操作。
2)將數據輸入到與信號預處理模塊輸出端相連接的A/D轉換模塊，將連續的信號轉換成便于處理的數字信號后，由型號為ARM10e的ARM處理器讀取和分析并將狀態檢測結果輸出到狀態顯示模塊上，狀態顯示模塊能夠顯示被測關節的剩余使用壽命，并在關節出現故障時，及時觸發聲光報警模塊，聲光報警模塊中的報警燈以及高響度報警器能夠有效提醒使用人員立即停止使用。
3)同時WIFI數據傳輸的網絡通信模塊將由型號為ARM10e的ARM處理器讀取和分析后的數據實時發送給遠程的監控系統，便于技術人員對機器人關節的健康狀態進行監控。
所述ARM處理器4為ARM10e型ARM處理器。精度更高，處理速度更快。
所述A/D轉換器3為14位A/D轉換器。轉換速率更快。
所述報警燈(未圖示)和高響度報警器(未圖示)通過導線連接。
本發明的有益效果為：通過信號預處理模塊采集關節退化信息，進行數據預處理。經處理器A/D轉換模塊，采用小波變換濾波技術濾波，通過FFT將信號從時域到頻域信號轉換，獲得兩類異質傳感器的時域、頻域的特征數據。繼而，判斷機器人關節健康狀態。同時，支持WIFI數據傳輸的網絡通信模塊，可以將由型號為ARM10e的ARM處理器讀取和分析后的數據實時發送給遠程的監控系統，便于技術人員對機器人關節的健康狀態進行監控。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何不經過創造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。