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本帖最后由 滾刀魚 于 2017-5-26 13:05 編輯
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# \# H4 }1 ^: x: ] 明年又到評(píng)職稱的年限了,，為了迎合那些評(píng)審人員只看論文發(fā)表和專利的篇數(shù)的愛好，臨時(shí)抱佛腳,，抄了一篇,，已發(fā)表。話說這些年版面費(fèi)是水漲船高呀,！ 6 b' {" g1 B q6 K) Y
工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢
7 W' b$ w7 l4 x7 R- a$ Q摘要：對(duì)國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人及其故障診斷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要的總結(jié),，明確了國內(nèi)外存在的差距，并對(duì)工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析和展望,。
r/ R/ x- K& _關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人,；故障診斷；發(fā)展現(xiàn)狀,；發(fā)展趨勢9 \# S* i9 p5 W" C% e6 i4 d
0引言! `5 ~- C& Y- l* `3 t
工業(yè)機(jī)器人是一種集機(jī)械,、電子、控制,、計(jì)算機(jī),、傳感器,、人工智能等跨學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)于一體的智能裝備, 對(duì)提高制造業(yè)的智能制造水平具有非常重要的意義，工業(yè)機(jī)器人作為現(xiàn)代制造業(yè)的主要自動(dòng)化裝備在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛,。目前,，各個(gè)國家都非常重視工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)研究，工業(yè)機(jī)器人的擁有量已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)綜合實(shí)力的重要標(biāo)志之一[1],。6 w v* r6 B r, E0 d$ c2 A/ `
盡管工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代制造業(yè)中起到越來越重要的作用,，并在世界范圍內(nèi)，尤其在中國迅速普及,，但是由于集多種高新技術(shù)于一體的工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)精密復(fù)雜,，對(duì)維修技術(shù)人員的專業(yè)技能提出了極高的要求。目前工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用企業(yè)普遍不具備自主維修的能力,，當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí),，往往需要通知外部服務(wù)商到企業(yè)故障現(xiàn)場進(jìn)行診斷和維修，這個(gè)過程需要大量的等待時(shí)間,，并且由于維修技術(shù)人員到達(dá)故障現(xiàn)場前不能全面詳盡的獲取故障機(jī)器人的日常運(yùn)行狀況,、故障現(xiàn)象和故障發(fā)生前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)，因此維修技術(shù)人員往往到達(dá)故障現(xiàn)場后也不能迅速地對(duì)故障做出準(zhǔn)確的診斷和處理,，從而拖慢了恢復(fù)正常生產(chǎn)的時(shí)間,，嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)節(jié)拍，加劇了停工企業(yè)的損失,。因此,，先進(jìn)的故障診斷技術(shù)對(duì)保證工業(yè)機(jī)器人高效穩(wěn)定的運(yùn)行是非常必要的。
- [2 y; H) ^. j2 o! c: r$ b1 工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
8 b9 ? p e# T: C) t1.1工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀2 O+ n. z% p- u+ L
工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展可以分為三個(gè)階段：第一代是示教再現(xiàn)型機(jī)器人,，主要由控制器和示教器控制機(jī)器人按預(yù)先引導(dǎo)動(dòng)作記錄下的信息重復(fù)再現(xiàn)執(zhí)行,，目前制造業(yè)正大量的應(yīng)用；第二代是感知型機(jī)器人,，帶有視覺,、力覺等功能，可以對(duì)外界信息進(jìn)行反饋調(diào)整,，目前已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段,；第三代是智能型機(jī)器人，它具有感知和理解外部環(huán)境的能力,，可以適應(yīng)外部環(huán)境的變化,，目前尚處于試驗(yàn)研究階段。所以,，當(dāng)前工業(yè)上應(yīng)用的主要是第一代和第二代工業(yè)機(jī)器人[2],。1 `, `* D* m, D7 p, N; v
目前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先者主要是歐美國家和日本，歐美國家主要包括美國的Adept,、艾默生和American Robot,、德國的KUKA、瑞典的ABB和意大利的COMAU等公司的產(chǎn)品,，日本主要包括安川,、川崎、發(fā)那科,、那智不二越、三協(xié)和愛普生等公司的產(chǎn)品,。
2 B7 i. m2 J) ^- L 美國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展起步比較早,，早在1962年就研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，經(jīng)過多年的建設(shè)和發(fā)展,，美國現(xiàn)在已經(jīng)成為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)強(qiáng)國之一,。日本開始工業(yè)機(jī)器人的研究和應(yīng)用比歐美國家要晚幾年，通過不斷的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用,，日本在微電子技術(shù),、機(jī)械電子一體化技術(shù)等工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)上的研究始終保持世界領(lǐng)先地位，并且是當(dāng)今世界上名副其實(shí)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)頂尖強(qiáng)國,。
& d" P+ D N' n- D1 t 近幾年國內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人行業(yè)正在迅速崛起,，目前國內(nèi)主要包括沈陽新松、北京配天,、北京時(shí)代,、安徽埃夫特、廣州數(shù)控和上海新時(shí)達(dá)等公司的產(chǎn)品,。雖然當(dāng)前國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的保有量已經(jīng)占全球的四分之一,，并在工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)研究上也取得了一定的進(jìn)步，但是國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的三大關(guān)鍵部件：高精度減速機(jī),、高精度伺服馬達(dá)及驅(qū)動(dòng)器和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)還依然受制于國外企業(yè)[3],。因此，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)的研究還有很長一段路要走,。3 m* {6 C* S# k; E( X
1.2工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
1 x" V' E0 c8 l1 n. d 工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)的發(fā)展可以劃分為三個(gè)階段,，第一階段是維修技術(shù)人員通過觀察故障機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)，測試噪聲,、運(yùn)行軌跡,、溫度、振動(dòng)等參數(shù)的異常變化,，再與正常狀態(tài)進(jìn)行比較,，憑借以往維修經(jīng)驗(yàn)做出故障診斷。第二階段是工業(yè)機(jī)器人的本地狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷模式，通過錯(cuò)誤代碼提示機(jī)器人的故障信息,，維修技術(shù)人員依據(jù)故障信息進(jìn)行故障診斷,，目前此種故障處理方式比較普遍。第三階段是基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷模式,，目前還處于試驗(yàn)研究階段,。6 A$ `3 F) d3 t4 d5 C2 W
目前，瑞典的ABB公司開發(fā)了一款“遠(yuǎn)程服務(wù)”平臺(tái),，ABB利用該平臺(tái)可以為客戶企業(yè)的工業(yè)機(jī)器人提供遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷服務(wù),，通過安裝在客戶企業(yè)現(xiàn)場的專用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)箱接收機(jī)器人的故障信息，可以預(yù)判機(jī)器人可能出現(xiàn)的故障問題,，并為客戶提供故障維修技術(shù)支持,。與ABB的方案不同，日本發(fā)那科的工業(yè)機(jī)器人本身都支持遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷,，其遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)不需要外加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,，利用現(xiàn)有的TCP/IP有限網(wǎng)絡(luò)與客戶現(xiàn)場的機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程溝通，對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷,，并協(xié)助故障現(xiàn)場的維修技術(shù)人員實(shí)施故障診斷和處理工作,。" G, U7 k, n: _; y A& D
目前，國內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商還沒有推出遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷的應(yīng)用系統(tǒng),，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷還是依靠機(jī)器人單機(jī)自主報(bào)警,，通過示教器顯示錯(cuò)誤代碼，提醒維修技術(shù)人員完成相應(yīng)的故障診斷和處理,，但是在大多數(shù)情況下錯(cuò)誤代碼并不能全面準(zhǔn)確的反映故障問題根源,，仍需要專業(yè)工程師在故障現(xiàn)場進(jìn)行分析和維修[4]。因此,，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)還存在很大的提升空間,。) W$ e% l8 }. d! {7 s I
2 工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢
6 @; G" x* E6 ?) P2 Y 工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)經(jīng)歷了從現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)判斷到遠(yuǎn)程診斷、從簡單到精密,、從單機(jī)到網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程,。從近幾年工業(yè)機(jī)器人行業(yè)不斷推出的新產(chǎn)品來看，工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)正在向著遠(yuǎn)程化,、網(wǎng)絡(luò)化,、集成化和智能化的方向發(fā)展。
' k7 R8 N6 _2 {+ s2.1 故障診斷技術(shù)遠(yuǎn)程化和網(wǎng)絡(luò)化- l% q4 ~5 `' K4 U' G
工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)是將現(xiàn)代故障診斷技術(shù),、傳感器技術(shù),、視覺技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和專家系統(tǒng)等,，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合,，通過對(duì)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化跟蹤,，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人故障的早期診斷和及時(shí)維修，并且能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù),、故障信息,、分析方法和故障診斷知識(shí)的網(wǎng)絡(luò)共享。/ c ^. K+ e0 `
基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)機(jī)器人遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)在降低機(jī)器人的平均故障間隔時(shí)間,、提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和降低企業(yè)的生產(chǎn)成本等方面具有很大的優(yōu)勢,，是工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)未來發(fā)展的一個(gè)重要方向。
! U% O. g/ E# y1 L2 x2.2 故障診斷技術(shù)多源信息融合化
1 Y3 p# j! U8 D; W 隨著電子技術(shù),、信號(hào)檢測與處理技術(shù),、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及控制技術(shù)的快速發(fā)展,，使得利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)獲得的多個(gè)傳感器信息在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析,、優(yōu)化綜合處理，并完成預(yù)期決策成為可能,。基于多源信息融合技術(shù)的故障診斷方法是通過實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)信息,，比如機(jī)械的振動(dòng),、異常聲音、溫度,、壓力,、轉(zhuǎn)數(shù)、輸出扭矩和輸出功率等,，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)融合這些數(shù)據(jù)信息,，消除多個(gè)傳感器信息之間存在的冗余和矛盾[5]，降低不確定因素的影響,，準(zhǔn)確的完成故障問題根源的判定,，是今后工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)重點(diǎn)研究的方向。
$ l8 F* i9 ]- @) i9 ]; E2.3多種故障診斷方法集成化: s8 Z/ V' i) e% |3 X
目前,，工業(yè)機(jī)器人的故障診斷方法主要包括基于信號(hào)處理的診斷方法,、基于故障模型的診斷方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法,、基于粗糙集的診斷方法,、基于遺傳算法的診斷方法、基于故障樹的診斷方法,、基于專家系統(tǒng)的診斷方法和基于模糊集的診斷方法等,，由于每種方法都有其固有的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和不足,，或者針對(duì)某些特定的情況有效,，而對(duì)其他情況效果則不明顯。因此，利用各種故障診斷方法的優(yōu)點(diǎn),，將多種診斷方法有機(jī)結(jié)合起來,，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，提高故障診斷的準(zhǔn)確性,，使其能更好地滿足應(yīng)用企業(yè)的需求,，是今后工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)需要繼續(xù)研究的方向。+ P( c* Y* l% \, i' X2 h9 ~
3結(jié) 語
5 q3 N% [. c$ R5 z( I5 g; ] 研究工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)的目的是為了提高故障診斷的準(zhǔn)確性和故障排除的及時(shí)性,，確保工業(yè)機(jī)器人能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行,。隨著工業(yè)機(jī)器人的功能越來越多，應(yīng)用越來越廣泛,，機(jī)械結(jié)構(gòu)越來越精密,，控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人的故障診斷技術(shù)提出了更高的要求,。雖然經(jīng)過機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)專家多年的努力研究,，現(xiàn)在已經(jīng)提出多種先進(jìn)的故障診斷方法，但是工業(yè)機(jī)器人故障診斷技術(shù)尚不完善,，仍有一些工程應(yīng)用問題需要更深入的研究,。
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發(fā)表于 2017-5-26 10:43:03
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發(fā)表于 2017-5-26 11:24:14
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