工业机器人数据采集分析装置的制作方法

本实用新型涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种工业机器人数据采集分析装置。

背景技术：

随着自动化水平的不断提高，在一些单调性的、重复性的和具有一定危险性的工业环境中，工业机器人的应用已经越来越普及，工业机器人的优点是显而易见的，可以显著地提高生产效率和降低生产成本，但是一旦机器人发生故障，轻则影响产品质量，更严重的甚至会引发生产事故。为了避免故障的发生，工厂一般会对机器人进行定期的维护和保养，定期的维护和保养虽然可以提前消除一些故障，但发现的这类故障一般都是很常见的，有些潜在的故障很难被发现，而且定期的保养无形中降低了整个产品线的生产效率。如果能够提前预知工业机器人的健康状态，并提前作出预警，则既可以在很大程度上避免事故的发生，同时又使得生产效率最大化。

技术实现要素：

本实用新型提供一种工业机器人数据采集分析装置，目的在于解决上述问题。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种工业机器人数据采集分析装置，包括数据采集模块、DSP数据分析模块、主处理器、外部通讯模块以及报警模块；

数据采集模块，用于采集工业机器人运行过程中包括各种状态信息和环境信息的原始数据；

DSP数据分析模块，耦接所述数据采集模块，用于接收数据采集模块的状态信息和环境信息，并对状态信息和环境信息进行预处理生成分析数据；

主处理器，耦接所述数据采集模块和所述DSP数据分析模块，用于接收原始数据、分析数据和故障信息，协调控制数据采集分析装置内各个模块之间的通讯；

外部通讯模块，耦接所述主处理器，用于将原始数据和分析数据传输至云计算平台，并接收云计算平台反馈的故障信息；

报警模块，耦接DSP数据分析模块，用于接收并响应经主处理器和DSP数据分析模块传输的故障信息发出报警信号。

作为一种实施方式，还包括配置若干通讯协议的机器人通讯模块，耦接所述主处理器，用于与不同的工业机器人进行数据交互。

作为一种实施方式，所述数据采集模块包括多路信息采集电路，所述多路信息采集电路包括振动采集电路、温度采集电路以及湿度采集电路。

作为一种实施方式，所述振动采集电路包括依次连接的多路信号输入通道、恒流源电路、信号调理/抗混叠滤波电路以及A/D转换电路。

作为一种实施方式，所述温度采集电路和湿度采集电路均包括依次连接的信号采集通道、信号保护电路、信号调理调理电路以及A/D转换电路。

作为一种实施方式，所述振动采集电路、温度采集电路以及湿度采集电路均包括信号隔离电路，所述信号隔离电路耦接A/D转换电路。

作为一种实施方式，还包括FPGA模块，耦接所述数据采集模块和DSP数据分析模块，用于控制数据采集模块进行同步采样。

作为一种实施方式，所述外部通讯模块包括WIFI通讯子模块、以太网通讯子模块以及3G/4G通讯子模块。

作为一种实施方式，还包括电源模块，所述电源模块用于给所述工业机器人数据采集分析装置内的各个模块供电。

本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：通过报警模块通过接收云计算平台下发的故障信息，实现不同故障状态下的声音和指示灯报警；通过数据采集模块采集工业机器人的各种工作环境参数，工作环境参数包括机器人的环境温度、湿度等信息；通过外部通讯模块支持多种协议方式接入云计算平台，为进行云计算平台进行数据交互，交互的信息包括负荷、扭矩、位置、周期时间、机器人型号等参数，以及振动和扭矩信号的峰峰值、峭度值、均值、均方值、平方根值等特征信号；通过机器人通讯模块，内置目前主流的工业机器人通讯协议硬件和软件，实现不同工业机器人的数据交互。

附图说明

图1为本实用新型的工业机器人数据采集分析装置的结构框图；

图2为本实用新型的工业机器人数据采集分析装置的数据采集模块的结构框图。

附图标注：1、数据采集模块；11、振动采集电路；12、温度采集电路；13、湿度采集电路；111、信号输入通道；112、恒流源电路；113、信号调理/抗混叠滤波电路；114、A/D转换电路；115、隔离电路；2、FPGA模块；3、DSP数据分析模块；4、主处理器；5、报警模块；6、外部通讯模块；61、WIFI通讯子模块；62、以太网通讯子模块；63、3G/4G通讯子模块；7、机器人通讯模块。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。

如图1所示，一种工业机器人数据采集分析装置，包括数据采集模块1、DSP数据分析模块3、主处理器4、外部通讯模块6以及报警模块5。

如图2所示，数据采集模块1用于采集工业机器人运行过程中包括各种状态信息和环境信息的原始数据。数据采集模块1包括多路信息采集电路，多路信息采集电路包括振动采集电路11、温度采集电路12以及湿度采集电路13。振动采集电路11包括依次连接的多路信号输入通道111、恒流源电路112、信号调理/抗混叠滤波电路113、A/D转换电路114以及隔离电路115，其中，恒流源电路112用于外部传感器供电。温度采集电路12和湿度采集电路13均包括依次连接的信号采集通道、信号保护电路、信号调理调理电路、A/D转换电路114以及隔离电路115。

如图1所示，DSP数据分析模块3耦接数据采集模块1，用于接收数据采集模块1的状态信息和环境信息，并对状态信息和环境信息进行预处理生成分析数据；DSP数据分析模块3实现数据预处理、特征提取、故障预报、故障诊断等功能。

如图1所示，在另一实施例中，还设置有FPGA模块2，FPGA模块2设于数据采集模块1和DSP数据分析模块3之间，用于控制数据采集模块1进行同步采样。实现多路采集电路同步采样。FPGA模块2实现信号输入通道111控制、硬件同步采样、数据缓存、数字滤波、数据初步处理等功能，FPGA模块2同A/D转换电路114之间采用独立的SPI高速串行通讯总线，并配置统一的硬件同步信号以确保采样的同步性。DSP数据分析模块3与FPGA模块2之间通过并行总线进行数据传输，以保证带宽符合传输要求。

如图1所示，外部通讯模块6耦接主处理器4，用于将原始数据和分析数据传输至云计算平台，并接收云计算平台反馈的故障信息。外部通讯模块6包括WIFI通讯子模块61、以太网通讯子模块62以及3G/4G通讯子模块63，用于提供多种与云计算平台或第三方平台的通讯方式，并将数据采集分析装置采集的原始数据和分析数据接入云计算平台或第三方平台进行数据交互。

如图1所示，机器人通讯模块7耦接主处理器4，用于同不同工业机器人的数据交互。针对不同品牌、不同型号的工业机器人，在本实用新型中，集成了包括DeviceNet、CANopen、RS485/RS422、PROFIBUS、PROFINET、EtherCAT等多种工业机器人领域的主流通讯协议。针对不同应用的通讯协议可以通过上位机配置软件或者手机APP配置软件进行选择和设置，配置软件界面主要包括协议类型选择、通讯速率选择、对象字典地址及内容设置、通讯地址设置等信息。配置完成以后，信息会固化到硬件中并引导相关通讯协议生效。通过这种简单的配置方式，即可实现用一个数据采集装置和不同品牌、不同类型机器人控制器通讯的目标。

如图1所示，主处理器4模块是本工业机器人数据采集分析装置的大脑，其耦接DSP数据分析模块3、机器人通讯模块7以及外部通讯模块6，与DSP之间通过并行总线进行通讯，通讯内容包括采集的原始数据、DSP分析后的分析数据、云计算平台反馈的故障信息以及各种配置参数信息等。主处理器4实现数据协议解析、同第三方平台进行数据交互以及接入云计算平台等功能。

如图1所示，报警模块5耦接DSP数据分析模块3，用于接收并响应经外部通讯模块6、主处理器4以及DSP数据分析模块3传输的故障信息发出报警信号。

电源模块用于给工业机器人数据采集分析装置内的各个模块供电。电源模块输入为24VDC，输出为多路5VDC和3.3VDC的隔离电源。

在使用前，首先要把传感器信号线和电源线接好，传感器信号包括振动、温度、湿度等，然后接通24VDC电源。如果是初次使用，需要通过电脑上位机软件或手机APP采用以太网或WIFI通讯的方式跟本工业机器人数据采集分析装置连接并对参数进行配置，配置内容主要包括：机器人类型、输入信号类型、采样频率、信号带宽、算法参数、协议类型、云平台接入账号和密码等。配置完成以后装置要重新上电以使得配置生效，配置信息具有自动保存功能，不需要每次上电重新进行操作。

本装置上电以后首先进行自检和初始化，FPGA模块2按照配置参数要求对各通道数据进行同步采集，并对数据进行初步滤波等处理后传输给DSP数据分析模块3；主处理器4对通讯总线接收的机器人数据进行解析以后，相关数据也传输给DSP数据分析模块3，DSP数据分析模块3对上述数据进行特征提取以后传输给主处理器4进行管理。主处理器4将负荷、扭矩、位置、周期时间、机器人型号等原始数据和处理后的特征数据通过以太网、WIFI、3G/4G等通讯方式传输给云计算平台或第三方设备，为大数据分析提供数据来源。同时，主处理器4接收云计算平台下发的工业机器人故障信息并传输给DSP数据分析模块3，再由DSP数据分析模块3传输给报警模块5，通过报警模块5发出报警信号，实现不同故障状态下的声音和指示灯报警。

本实用新型的工业机器人数据采集分析装置通过报警模块5通过接收云计算平台下发的故障信息，实现不同故障状态下的声音和指示灯报警；通过数据采集模块1采集工业机器人的各种工作环境参数，工作环境参数包括机器人的环境温度、湿度等信息；通过外部通讯模块6支持多种协议方式接入云计算平台，为进行云计算平台进行数据交互，交互的信息包括负荷、扭矩、位置、周期时间、机器人型号等参数，以及振动和扭矩信号的峰峰值、峭度值、均值、均方值、平方根值等特征信号；通过机器人通讯模块7，内置目前主流的工业机器人通讯协议硬件和软件，实现不同工业机器人的数据交互。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。