本帖最后由 滾刀魚 于 2017-5-26 13:05 編輯
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* ]/ F, l. K v( [! G 明年又到評職稱的年限了，為了迎合那些評審人員只看論文發(fā)表和專利的篇數(shù)的愛好，臨時抱佛腳，抄了一篇，已發(fā)表。話說這些年版面費是水漲船高呀！ - ~7 _7 _& B: a+ M: ^
工業(yè)機器人故障診斷技術的發(fā)展趨勢
0 e& a( C1 t. @1 j. \# F2 j摘要：對國內(nèi)外工業(yè)機器人及其故障診斷技術的發(fā)展現(xiàn)狀進行了簡要的總結，明確了國內(nèi)外存在的差距，并對工業(yè)機器人故障診斷技術未來的發(fā)展趨勢進行了分析和展望。
% b7 a' J/ H0 B1 K. U H- H! a關鍵詞：工業(yè)機器人；故障診斷；發(fā)展現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢
3 S( p0 s) Q5 w$ T4 p1 r0引言
# m; w0 x& l5 m- u 工業(yè)機器人是一種集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等跨學科的先進技術于一體的智能裝備, 對提高制造業(yè)的智能制造水平具有非常重要的意義，工業(yè)機器人作為現(xiàn)代制造業(yè)的主要自動化裝備在國民經(jīng)濟的各個領域中應用非常廣泛。目前，各個國家都非常重視工業(yè)機器人的技術研究，工業(yè)機器人的擁有量已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)綜合實力的重要標志之一[1]。2 v4 i2 y* O% f& j& ~
盡管工業(yè)機器人在現(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于一體的工業(yè)機器人機構精密復雜，對維修技術人員的專業(yè)技能提出了極高的要求。目前工業(yè)機器人的應用企業(yè)普遍不具備自主維修的能力，當機器人出現(xiàn)故障停機時，往往需要通知外部服務商到企業(yè)故障現(xiàn)場進行診斷和維修，這個過程需要大量的等待時間，并且由于維修技術人員到達故障現(xiàn)場前不能全面詳盡的獲取故障機器人的日常運行狀況、故障現(xiàn)象和故障發(fā)生前后的運行數(shù)據(jù)，因此維修技術人員往往到達故障現(xiàn)場后也不能迅速地對故障做出準確的診斷和處理，從而拖慢了恢復正常生產(chǎn)的時間，嚴重影響企業(yè)的生產(chǎn)節(jié)拍，加劇了停工企業(yè)的損失。因此，先進的故障診斷技術對保證工業(yè)機器人高效穩(wěn)定的運行是非常必要的。$ K: E5 _1 d% r
1 工業(yè)機器人故障診斷技術的發(fā)展現(xiàn)狀
' f' [/ q9 u( x% I: Y2 m' T& h1.1工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀5 e J3 P& K+ C
工業(yè)機器人的發(fā)展可以分為三個階段：第一代是示教再現(xiàn)型機器人，主要由控制器和示教器控制機器人按預先引導動作記錄下的信息重復再現(xiàn)執(zhí)行，目前制造業(yè)正大量的應用；第二代是感知型機器人，帶有視覺、力覺等功能，可以對外界信息進行反饋調(diào)整，目前已經(jīng)進入工業(yè)應用階段；第三代是智能型機器人，它具有感知和理解外部環(huán)境的能力，可以適應外部環(huán)境的變化，目前尚處于試驗研究階段。所以，當前工業(yè)上應用的主要是第一代和第二代工業(yè)機器人[2]。
8 M$ I# g6 S' F6 A3 s 目前，工業(yè)機器人技術領域的領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。
" K) Z, E0 o6 T/ p 美國的工業(yè)機器人技術發(fā)展起步比較早，早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機器人，經(jīng)過多年的建設和發(fā)展，美國現(xiàn)在已經(jīng)成為工業(yè)機器人技術強國之一。日本開始工業(yè)機器人的研究和應用比歐美國家要晚幾年，通過不斷的技術研發(fā)和應用，日本在微電子技術、機械電子一體化技術等工業(yè)機器人基礎技術上的研究始終保持世界領先地位，并且是當今世界上名副其實的工業(yè)機器人技術頂尖強國。- ? ?5 F$ Y3 I/ `# b3 Q# {9 w
近幾年國內(nèi)的工業(yè)機器人行業(yè)正在迅速崛起，目前國內(nèi)主要包括沈陽新松、北京配天、北京時代、安徽埃夫特、廣州數(shù)控和上海新時達等公司的產(chǎn)品。雖然當前國內(nèi)工業(yè)機器人的保有量已經(jīng)占全球的四分之一，并在工業(yè)機器人的技術研究上也取得了一定的進步，但是國內(nèi)工業(yè)機器人的三大關鍵部件：高精度減速機、高精度伺服馬達及驅(qū)動器和實時控制系統(tǒng)還依然受制于國外企業(yè)[3]。因此，國內(nèi)工業(yè)機器人基礎技術的研究還有很長一段路要走。5 E1 s* b- _$ Y/ w7 }' E
1.2工業(yè)機器人故障診斷技術的發(fā)展現(xiàn)狀
2 d& n5 z0 }: q. q 工業(yè)機器人故障診斷技術的發(fā)展可以劃分為三個階段，第一階段是維修技術人員通過觀察故障機器人運行狀態(tài)，測試噪聲、運行軌跡、溫度、振動等參數(shù)的異常變化，再與正常狀態(tài)進行比較，憑借以往維修經(jīng)驗做出故障診斷。第二階段是工業(yè)機器人的本地狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷模式，通過錯誤代碼提示機器人的故障信息，維修技術人員依據(jù)故障信息進行故障診斷，目前此種故障處理方式比較普遍。第三階段是基于網(wǎng)絡的遠程實時監(jiān)控和故障診斷模式，目前還處于試驗研究階段。( U1 x, Z, l0 F, r0 Q
目前，瑞典的ABB公司開發(fā)了一款“遠程服務”平臺，ABB利用該平臺可以為客戶企業(yè)的工業(yè)機器人提供遠程實時監(jiān)控和故障診斷服務，通過安裝在客戶企業(yè)現(xiàn)場的專用網(wǎng)絡服務箱接收機器人的故障信息，可以預判機器人可能出現(xiàn)的故障問題，并為客戶提供故障維修技術支持。與ABB的方案不同，日本發(fā)那科的工業(yè)機器人本身都支持遠程實時監(jiān)控和故障診斷，其遠程服務系統(tǒng)不需要外加網(wǎng)絡設備，利用現(xiàn)有的TCP/IP有限網(wǎng)絡與客戶現(xiàn)場的機器人進行遠程溝通，對其進行遠程故障診斷，并協(xié)助故障現(xiàn)場的維修技術人員實施故障診斷和處理工作。- p6 t5 U& Q" f* f _7 W
目前，國內(nèi)的工業(yè)機器人生產(chǎn)商還沒有推出遠程監(jiān)控和故障診斷的應用系統(tǒng)，工業(yè)機器人的運行狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷還是依靠機器人單機自主報警，通過示教器顯示錯誤代碼，提醒維修技術人員完成相應的故障診斷和處理，但是在大多數(shù)情況下錯誤代碼并不能全面準確的反映故障問題根源，仍需要專業(yè)工程師在故障現(xiàn)場進行分析和維修[4]。因此，國內(nèi)工業(yè)機器人遠程故障診斷技術還存在很大的提升空間。& o) l; L7 \# ?, b
2 工業(yè)機器人故障診斷技術的發(fā)展趨勢
# D- F" Z& z! U0 t 工業(yè)機器人故障診斷技術經(jīng)歷了從現(xiàn)場經(jīng)驗判斷到遠程診斷、從簡單到精密、從單機到網(wǎng)絡的發(fā)展過程。從近幾年工業(yè)機器人行業(yè)不斷推出的新產(chǎn)品來看，工業(yè)機器人故障診斷技術正在向著遠程化、網(wǎng)絡化、集成化和智能化的方向發(fā)展。
& N8 E+ g) T8 P: Q4 Y! R2 e. e ]; j2.1 故障診斷技術遠程化和網(wǎng)絡化$ s/ b4 X6 j( z) R2 W% |
工業(yè)機器人遠程故障診斷技術是將現(xiàn)代故障診斷技術、傳感器技術、視覺技術、計算機技術和專家系統(tǒng)等，與物聯(lián)網(wǎng)技術有機結合，通過對機器人運行狀態(tài)的遠程實時監(jiān)控和網(wǎng)絡化跟蹤，實現(xiàn)對機器人故障的早期診斷和及時維修，并且能夠?qū)崿F(xiàn)機器人運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障信息、分析方法和故障診斷知識的網(wǎng)絡共享。3 n/ G4 y9 }) J7 i1 e, N
基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)機器人遠程故障診斷技術在降低機器人的平均故障間隔時間、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)機器人故障診斷技術未來發(fā)展的一個重要方向。
. j0 G. g" k9 m3 D/ X6 J3 ?9 [2.2 故障診斷技術多源信息融合化9 d% S* o( R3 O( x" _( J
隨著電子技術、信號檢測與處理技術、計算機技術、網(wǎng)絡通信技術以及控制技術的快速發(fā)展，使得利用計算機技術對獲得的多個傳感器信息在一定準則下加以自動分析、優(yōu)化綜合處理，并完成預期決策成為可能?；诙嘣葱畔⑷诤霞夹g的故障診斷方法是通過實時監(jiān)控機器人的運行狀態(tài)信息，比如機械的振動、異常聲音、溫度、壓力、轉數(shù)、輸出扭矩和輸出功率等，利用計算機技術融合這些數(shù)據(jù)信息，消除多個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，準確的完成故障問題根源的判定，是今后工業(yè)機器人故障診斷技術重點研究的方向。5 o) X$ c& Y" ^1 L) I
2.3多種故障診斷方法集成化
# C3 N/ R; s9 u; ]# M5 ^. b 目前，工業(yè)機器人的故障診斷方法主要包括基于信號處理的診斷方法、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、缺點和不足，或者針對某些特定的情況有效，而對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，將多種診斷方法有機結合起來，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高故障診斷的準確性，使其能更好地滿足應用企業(yè)的需求，是今后工業(yè)機器人故障診斷技術需要繼續(xù)研究的方向。
) s+ _) o5 a: \6 N' j5 X( U; k3結 語
" ]7 {0 u" o4 v/ u! E7 g/ ]8 O+ [ 研究工業(yè)機器人故障診斷技術的目的是為了提高故障診斷的準確性和故障排除的及時性，確保工業(yè)機器人能夠安全穩(wěn)定的運行。隨著工業(yè)機器人的功能越來越多，應用越來越廣泛，機械結構越來越精密，控制系統(tǒng)越來越復雜，對機器人的故障診斷技術提出了更高的要求。雖然經(jīng)過機器人領域的技術專家多年的努力研究，現(xiàn)在已經(jīng)提出多種先進的故障診斷方法，但是工業(yè)機器人故障診斷技術尚不完善，仍有一些工程應用問題需要更深入的研究。
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