专利名称：无人维护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动控制系统，具体说涉及一种用于在线监测和维护的无人维护系统。
背景技术：
目前，生产企业为了使设备正常运行需要对设备进行维护或者售后服务，设备维护工作基本上完全依赖于供应商或者专门的维修人才，因此售后服务和专门的维修人员队伍庞大，消耗了许多设备维护人员的精力和物力，同时给企业带来巨大的支出。再加上设备由于故障停止工作到修复完成的工作周期较长，所以使设备的使用效率降低。
现有的设备通常都设计有使用期限，该使用期限是通过测试该设备中使用期限最小的部件得出的参数，并能够代表整个设备的使用期限，这就使得整个设备的使用期限减少，造成极大的浪费。虽然，通过年检能够做到某些部件的定期更换，但是又不可避免地带入一些人为因素，造成新的隐患，并且在年检时需要停机。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种无人维护系统，实现了系统的无人自动实时检测和维护。
该无人维护系统，包括机器人，用于对设备进行维护操作；维护模型存储单元，设置有存储元件，用于存储故障定位和排障方法；
故障定位和排障单元，接收所述机器人的指令，从所述维护模型存储单元调取故障定位和排障方法，发送到所述机器人。
所述机器人包括处理器、模数转换器、数模转换器，其特征在于还包括传感器，用于产生测量结果并发出；信号处理器，接收所述传感器的测量结果，产生处理信号，经所述模数转换器送到所述处理器进行计算，并发送到所述数模转换器；执行动作信号驱动器，接收所述数模转换器的信号，产生驱动信号并发出；执行结构，接收执行动作信号驱动器的信号，并完成相应的动作；信息交换部件，通过数字信号接口、模拟信号或数字脉冲信号适配器与所述传感器相连接，用于实现与外部信息的交换。
所述的机器人按照下列步骤进行建立(1)故障自检；(2)机器人初始化；(3)系统对机器人进行验证，如果通过验证则执行步骤(4)，如果没有通过验证，则执行步骤(9)；(4)巡视设备；(5)如果巡视到故障，则执行步骤(6)，如果没有巡视到故障，再执行步骤(3)；(6)对故障进行定位和排除；(7)如果故障排除成功，则执行步骤(3)，如果故障排除没有成功，则执行步骤(8)；(8)向系统上报故障排除状态；(9)结束巡视。
所述步骤(8)具体为，当机器人巡视到设备出现故障，根据模型、远程指导等手段，机器人仍然无法排除故障时，即向本系统报告详细信息，等待命令。
所述维护模型存储单元按下列步骤建立(1)录取被维护设备的软硬件资料；(2)根据被维护设备的软硬件资料，原理等，将推断出可发生的故障，可借鉴的故障实例及其它方法都模拟到模型中去；(3)建立模型的硬件结构。包括定位和排障单元。如传感器等获取数据的单元，机械手，控力，执行单元等；(4)根据建立模型的硬件结构，建立模型的软件结构。包括机器人的故障定位和排障方法流程、排障操作效果检测确认方法流程、排除巡视控制方法流程等。
所述建立步骤还包括完善相关内容的步骤。
所述故障定位和排障单元按照下列步骤进行(1)如果根据模型能够定位出故障，则执行步骤(4)，如果根据模型不能定位出故障，则执行步骤(2)；(2)如果根据已获取的信息无法定位故障，还需要获取其他相关信息，则执行步骤(3)，如果不需要，则执行步骤(7)；(3)进行信息采集；
(4)根据获取的信息进行故障定位；(5)从模型中获取排障流程进行排障操作；(6)如果确认排障成功；(7)返回。
所述步骤(4)中如果根据获取的信息不能进行故障定位，则返回步骤(2)。
所述步骤(6)中如果确认排障操作没有成功，则判断模型中是否有其他排障操作流程，如果有则执行步骤(5)。
所述模型中没有其他排障操作流程，则执行步骤(7)。
在本发明的监控下，降低了设备故障率，节约了许多设备的维护费用。由于无人维护系统中实现了设备自身修复和机器人的实时监测维护，维修速度快、效率高，大大减少了因故障而停止工作的时间，甚至无须停止运行就可修复故障，使设备的使用效率提高。机器人和设备可以进行自身在线监测，将故障消除在萌芽状态，避免和减少损失。由于减少了人力的投入，为企业节省了大量的服务和维护的成本。
在特殊的环境下，本发明可以得到广泛的使用，特别是对人体有害的环境下，例如，高温、低温环境、在有害气体的环境、水下等，本发明可以实现实时在线运行或者监测。
图1故障模型的建立流程图；图2是机器人的结构框图；图3是机器人的主引导流程图；
图4是故障定位和排障流程图。
具体实施例方式
本发明能够对不能再次利用的设备，进行报废处理，在系统的指导下进行科学地环保处理。对于能够修复的设备，通过本发明可以实现对设备的维护，例如，当某一器件损坏时，利用继电器等有状态转换功能的部件将原有的损坏器件断开，将备份器件投入运行，以达到“自动修复”故障的目的。在设备中，可以利用智能的方法，将本发明设置在该设备内部，对设备实现无人维护管理，或者根据实际情况，将本发明设置在该设备外部，利用机器人实现无人维护管理。在对人体有害的环境里，利用机器人能够代替人进行操作，可以避免有害物质对人体的侵害。
工程师在设计本发明的被维护设备时，需要充分地将无人维护功能的软硬件考虑在其结构内，以尽可能优化无人维护的功能。通过安装调试本发明的被维护设备时，尽可能对无人维护功能进行仿真调试，以达到最佳的无人维护效果。产品定型时，对无人维护系统的结构和功能同时定型。
本发明中，模型包括硬件和软件两个部分。模型的建立是针对具体的被维护设备来构建具体的模型。模型的建立顺序要根据实现的功能来确定，首先，创建实现无人维护功能所需的硬件环境，然后，在具体硬件环境的支持下，根据硬件写出程序，即针对具体的被维护设备建立模型的软件部分。当然，在建立模型的软件部分时，可以根据需要调整硬件的配置。
除了模型软件部分342(参见图2)之外，所有物理部件都属于模型中的硬件部分。模型的硬件部分指机器人或智能维护设备。具体来说，根据需要实现的功能，首先来确定信息的获取部分，即监测部分。例如本发明中的传感器354(参见图2)或者非传感测量部件。执行部件355(参见图2)，包括机器人行走平台305、机械手部件306、状态变换部件308、控光部件309、发声部件310、控温部件311、控力部件312等。因为这两个部分是模型硬件部分的基础，根据不同的被维护设备有不同的结构，选取不同的部件。除本发明中的传感器354、非传感测量部件、执行部件355外的其他部件可以根据机器人的结构需要来进行选取。
模型的软件部分，指机器人的控制程序或者方法。其包括机器人的巡视设备程序、设备在线监控程序、故障定位程序、故障排除及确定程序等。
机器人在模型的软件部分控制下，对被维护设备进行监测，例如，通过传感器进行监测。机器人在模型的软件部分控制下还可以实现故障定位、排障(通过执行部件355)，以实现无人维护。
下面结合附图1对本发明的维护模型存储单元的建立步骤作详细描述。
(1)录取被维护设备的软硬件资料(步骤S001)；(2)根据被维护设备的软硬件资料，原理等，将推断出可发生的故障，可借鉴的故障实例及其它方法都模拟到模型中去(步骤S002)；(3)建立模型的硬件结构。包括定位和排障单元，如传感器等获取数据的单元，机械手，控力，执行单元等(步骤S003)；(4)根据建立模型的硬件结构，建立模型的软件结构。包括机器人的故障定位和排障方法流程、排障操作效果检测确认方法流程、排除巡视控制方法流程等(步骤S004)。
如果还有需要的完善的步骤，则完善未完成的相关内容(S005)。
针对具体的被维护设备，通过上述步骤，可以建立它具体的维护模型(包括硬件和软件)。
上述模型可以通过下列方法进行改进或者升级。
1、设计工程师的不断改进和升级。
2、在系统维护的过程中，不断吸纳好的故障实例、数据等资料将模型进行升级。
3、通过使用中的监测和随着时间的持续，逐步提高模型的精度和正确率。
4、通过其他手段获得参数，对模型进行改进。
上述维护模型存储单元可以设置在总部服务器、工作站服务器和机器内部，甚至可以设置在具体的设备内部。如果该维护模型存储单元设置在总部服务器、工作站服务器中，机器人可以通过网络登陆总部服务器、工作站服务器，调取故障定位和排障方法。
下面结合附图2对机器人作详细描述。
机器人主要包括处理器CPU301、模数转换器335、数模转换器302、传感器354、信号处理器334、执行动作信号驱动器304、执行部件355、信息交换部件。传感器354，用于产生测量结果并发出；信号处理器334，接收所述传感器的测量结果，产生处理信号，经模数转换器335送到所述处理器CPU301进行计算，并发送到数模转换器302，CPU301根据模型软件部分342的数据进行比较、判断等计算；执行动作信号驱动器304，接收数模转换器302的信号，产生驱动信号并发出；执行部件355，接收执行动作信号驱动304的信号，并完成相应的动作；信息交换部件，用于实现外部信息交流。本发明设置有两类实现信息交流的端口，a、通过数字信号接346；b、通过模拟信号或数字脉冲信号适配器与所述传感器相连接。
1、执行机构355执行与动作。
(1)行走机器人利用摄像机314和位移传感321确定自己的位置。在根据CPU301分析发出的行走命令，经D/A转换器302，信号驱动304使行走部件305动作以达到目的。行走也可以是飞行、潜水等动作。
(2)拆卸或者焊接等“机械手”动作通过CPU301得到动作任务，发出动作命令，经过D/A转换器302，信号驱动304使执行机构355作相应的动作，例如，拧螺丝等动作。
(3)机器人使用外部仪器a、有数字信号输出接口的仪器的使用。
机器人在执行机构355的作用下使用体外的仪器进行测量，测量的结果通过仪器的数字信号输出口与机器人的数字信号接口346相互通讯，与CPU301进行信息交换。
b、无输出接口仪器的使用。利用机器人在执行机构355的作用下使用外部的仪器进行测量，并且将机器人的测量结果通过机器人的传感器354读入CPU301。
(4)发声功能。CPU301得到发声信号后，将该信号通过D/A转换器302、执行动作信号驱动304，最后由发声部件310发出相应的声音。
(5)利用能完成其他维护工作中动作任务的部件完成其他的执行与动作。
2、传感器354的功能(1)测量将传感器354所获取的经过信号处理器334送到A/D转换器335转换成数字信号发送到CPU301。CPU301将该数据视为测量的结果。所测量到的信号可以是电信号、光信号、温度等。测量的方法可以是连续的或者离散的。如果不利用传感器技术，可以利用探针或者扫描进行测量。利用机器人的探针测量可以省去物理连接适配器，而且，机器人的测试速度快，操作可控性精度大于人的控制精度。
(2)视频功能通过摄像部件314对被测图像连续进行扫描，可以得到视频信号。
(3)音频功能通过音频传感器319可以获取音频信号，将音频信号经过信号处理器334、A/D转换器335被CPU301读取。
在传感器354中还可以设置其他传感器，便于获取其他信号。
3、模型软件部分342
(1)故障定位CPU301得到定位任务，将现场测得的数据与模型342中获取的数据，并且从模型342中取得定位方法，进行定位，得到定位结果。
(2)修理方法根据(1)中的定位结果和模型342中的修理方法、相应的命令，执行修理动作。
(3)操作确认对执行的修理进行确认。
(4)阅读功能机器人通过摄像部件314获得的信号，经信号处理器334、A/D转换器335转换后被CPU301读取。根据获取的文字图像信号和模型342中的数据、识别分析方法，CPU301能够识别文字图像的内容。
4、机器人与外部数字信息交流功能。
机器人可以实现与网络和人进行通讯。
机器人可以通过音频传感器319经信号处理器334、A/D转换器335转换后被CPU301读取。机器人还可以通过CPU301发出音频信号，经过D/A转换器302、信号处理器334进行转换，由发声部件301发出声音。
利用摄像部件314得到的图像文件经信号处理器334、A/D转换器302处理后，发送给CPU301。
5、信号发生器343CPU301在接到信号时，发出相应的命令到信号发生器343，由信号发生器343产生相应的信号。
6、显示部件353CPU301在接到需要向显示部件353发送的信号时，将向显示部件353发送诸如数据图表、波形等图像信号。
7、可靠性保障体系(1)CPU301通过安装在机器人自身上的窗前353和监测点获取相应的数据。结合从模型342中获取的标准数据及定位方法(含传统的故障自检)、排障流程、排障确认流程等完成机器人自我维护。
(2)看门狗等软硬件可靠性保障部件。
(3)本系统保障机器人的可靠性、稳定性、安全性采取的措施如下a、易损坏部件备份，实现快速自动修复。
b、应急处理部件。
c、应急呼救。
上述传感器354可以是摄像部件314、光电传感器316、温度传感器317、压力传感器318、音频传感器319、气敏传感器320、位移传感器321、湿敏传感器322、电压传感器323、电流传感器324、频率传感器325、超声波传感器326、酶传感器327、微生物传感器328、组织传感器329、细胞传感器330、免疫传感器331等，也可以是其他传感器或者非传感器测量。
上述传感器354可以通过模拟信号或数字脉冲信号适配器336与语音对话通讯口337、红外收发通讯口338、电磁波收发通讯口339、有线插口340等相连接，还可以设置其它插口。
上述执行机构355可以是机器人行走平台305、机械手部件306、状态的变换308、控光309、发声部件310、控温311、控力312，还可以设置能够完成其它维护工作中动作任务的部件或者根据需要其它的运动构件。
下面对上述机器人的应用作详细描述。
1、对于安装在被维护设备体内的机器人。
维护的对象一般是被维护设备和机器人自身。例如一台有自维护功能的空调机，除了负责本台空调的维护之外，还可借助其维护功能对其它设备进行维护。
传感器354可以直接安装在被测设备完成本职功能部件的监测点上、机器人自身(用于监测机器人自身的运行状况)。用于移动测量的传感器部件安装在机器人的动作部件上。
执行与动作部件355、模型及软件342都是专门针对被维护设备和自身的。
2、独立于被维护设备的机器人可以维护多台不同的设备。这种机器人的传感器354、执行与动作部件355模型342及软件可以针对多台不同的设备。
3、适用于体内维护的场合就使用体内机器人进行维护，适用于体外的部件及场合使用体外机器人进行维护。
维护用机器人的种类可以分成以下四种情况1、大众化通用型的机器人该类机器人只需要装入设备维护的相关软件，并且利用体外的工具仪器就可完成维护工作。该类机器人适用于流动性大、维护的设备种类多的情况。
2、专用维护的机器人该类机器人配有维护所需硬件(包括维护使用的测试仪器和工具等)、软件，能够完成维护工作。该类机器人适用于专用性强的情况，可以设置在被维护设备的体内或者体外。
3、综合型的机器人该类机器人体内配有维护所需的硬件(包括维护使用的测试仪器和工具等)、软件，可以使用机器人体外的测试仪器和工具。该类机器人适用于机器人新增加的设备。
4、一次性的机器人该类机器人执行完任务随之销毁，例如处理有传染病毒废物的机器人。
下面结合附图3对机器人的工作方法作详细描述。
首先，机器人上电。上电后，机器人对需要检测的部件进行检测。如果检测不通过则根据情况作相应处理，只有通过后，再对需要初始化的部件进行初始化。接下来，系统对机器人进行验证，以进一步确认机器人的可靠性，准确性，等。当确认了机器人以上功能和性能正常或符合要求后，机器人才进行巡视设备。当机器人发现设备出现故障，就根据模型中程序，调用故障定位和排障方法对设备进行检测，利用检查、测试等手段来定位故障并排除故障。如果机器人利用它所有的方法和手段无法定位或排除故障，则向系统上报故障无法排除等信息，并结束对这台设备的巡视。
机器人按照下列步骤进行工作(1)故障自检(步骤S371)；(2)机器人初始化(步骤S372)；(3)系统对机器人进行验证，如果通过验证则执行步骤(4)，如果没有通过验证，则执行步骤(9)(步骤S373)；(4)巡视设备(步骤S374)；(5)如果巡视到故障，则执行步骤(6)，如果没有巡视到故障，在执行步骤(3)(步骤S375)；(6)对故障进行定位和排障(步骤S376)；(7)如果故障排除成功，则执行步骤(3)，如果故障排除没有成功，则执行步骤(8)(步骤S377)；(8)向系统上报故障排除状态(步骤S378)；(9)结束巡视(步骤S379)。
上述步骤(8)具体来说是当机器人巡视到设备出现故障，根据模型、远程指导等手段，机器人仍然无法排除故障时，即向本系统报告详细信息，等待命令。
下面结合附图4对本发明的故障定位和排障单元作详细描述。
故障定位和排障单元按照下列步骤进行(1)如果根据模型能够定位出故障，则执行步骤(4)，如果根据模型不能定位出故障，则执行步骤(2)(步骤S752)；
(2)如果根据已获取的信息无法定位故障，还需要获取其他相关信息，则执行步骤(3)，如果不需要，则执行步骤(7)(步骤S753)；(3)进行信息采集(步骤S754)；(4)根据获取的信息进行故障定位(步骤S755)；(5)从模型中获取排障流程进行排障操作(步骤S756)；(6)如果确认排障成功(步骤S757)；(7)返回(步骤S759)。
上述步骤(4)中如果根据获取的信息不能进行故障定位，则返回步骤(2)(步骤S755)。
上述步骤(6)中如果确认排障操作没有成功，则判断模型中是否有其他排障操作流程，如果有则执行步骤(5)，如果模型中没有其他排障操作流程，则执行步骤(7)(步骤S758)。
权利要求
1.一种无人维护系统，其特征在于，包括机器人，用于对设备进行维护操作；维护模型存储单元，设置有存储元件，用于存储故障定位和排障方法；故障定位和排障单元，接收所述机器人的指令，从所述维护模型存储单元调取故障定位和排障方法，发送到所述机器人。
2.根据权利要求1所述的无人维护系统，所述机器人包括处理器、模数转换器、数模转换器，其特征在于还包括传感器，用于产生测量结果并发出；信号处理器，接收所述传感器的测量结果，产生处理信号，经所述模数转换器送到所述处理器进行计算，并发送到所述数模转换器；执行动作信号驱动器，接收所述数模转换器的信号，产生驱动信号并发出；执行结构，接收执行动作信号驱动器的信号，并完成相应的动作；信息交换部件，通过数字信号接口、模拟信号或数字脉冲信号适配器与所述传感器相连接，用于实现与外部信息的交换。
3.根据权利要求2所述的无人维护系统，其特征在于，所述机器人按照下列步骤进行工作(1)故障自检；(2)机器人初始化；(3)系统对机器人进行验证，如果通过验证则执行步骤(4)，如果没有通过验证，则执行步骤(9)；(4)巡视设备；(5)如果巡视到故障，则执行步骤(6)，如果没有巡视到故障，再执行步骤(3)；(6)对故障进行定位和排除；(7)如果故障排除成功，则执行步骤(3)，如果故障排除没有成功，则执行步骤(8)；(8)向系统上报故障排除状态；(9)结束巡视。
4.根据权利要求3所述的无人维护系统，其特征在于，所述机器人工作方法，步骤(8)具体为，当机器人巡视到设备出现故障，根据模型、远程指导等手段，机器人仍然无法排除故障时，即向本系统报告详细信息，等待命令。
5.根据权利要求1所述的无人维护系统，其特征在于，所述维护模型存储单元按下列步骤建立(1)录取被维护设备的软硬件资料；(2)根据被维护设备的软硬件资料，原理等，将推断出可发生的故障，可借鉴的故障实例及其它方法都模拟到模型中去；(3)建立模型的硬件结构。包括定位和排障单元。如传感器等获取数据的单元，机械手，控力，执行单元等；(4)根据建立模型的硬件结构，建立模型的软件结构。包括机器人的故障定位和排障方法流程、排障操作效果检测确认方法流程、排除巡视控制方法流程等。
6.根据权利要求5所述的无人维护系统，其特征在于，所述工作步骤还包括完善相关内容的步骤。
7.根据权利要求1所述的无人维护系统，其特征在于，所述故障定位和排障单元按照下列步骤进行(1)如果根据模型能够定位出故障，则执行步骤(4)，如果根据模型不能定位出故障，则执行步骤(2)；(2)如果根据已获取的信息无法定位故障，还需要获取其他相关信息，则执行步骤(3)，如果不需要，则执行步骤(7)；(3)进行信息采集；(4)根据获取的信息进行故障定位；(5)从模型中获取排障流程进行排障操作；(6)如果确认排障成功；(7)返回。
8.根据权利要求7所述的无人维护系统，其特征在于，所述步骤(4)中如果根据获取的信息不能进行故障定位，则返回步骤(2)。
9.根据权利要求7所述的无人维护系统，其特征在于，所述步骤(6)中如果确认排障操作没有成功，则判断模型中是否有其他排障操作流程，如果有则执行步骤(5)。
10.根据权利要求7所述的无人维护系统，其特征在于，所述模型中没有其他排障操作流程，则执行步骤(7)。
全文摘要
本发明公开了一种无人维护系统，包括机器人、维护模型存储单元、故障定位和排障单元。该维护模型存储单元可设置在总部服务器、工作站服务器中，机器人可以通过网络登陆总部服务器、工作站服务器，调取故障定位和排障方法。本发明的模型包括硬件和软件两个部分。模型的建立是针对具体的被维护设备来构建具体的模型。模型的建立顺序要根据实现的功能来确定，首先，创建实现无人维护功能所需的硬件环境，然后，在具体硬件环境的支持下，根据硬件写出程序，即针对具体的被维护设备建立模型的软件部分。通过本发明实现了设备自身修复和机器人的实时监测维护，大大减少了因故障而停止工作的时间。
文档编号G05B23/00GK1794124SQ200510115498
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月4日 优先权日2005年11月4日
发明者刘宗明 申请人:刘宗明