工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行維護(hù)第2部分：故障診斷GB/T42983.2—2023 I Ⅱ 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語(yǔ)和定義 4工業(yè)機(jī)器人故障診斷流程 25在線故障報(bào)警 35.1基于控制總線 35.2基于附加傳感器 36離線測(cè)試診斷 36.1離線測(cè)試診斷流程 36.2離線測(cè)試 46.3離線診斷 4附錄A(資料性)控制異常報(bào)警機(jī)制信息 5參考文獻(xiàn) 7I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T42983《工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行維護(hù)》的第2部分。GB/T42983已經(jīng)發(fā)布了以下部分：——第1部分：在線監(jiān)測(cè)；——第3部分：健康評(píng)估；——第4部分：預(yù)測(cè)性維護(hù)。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本文件由全國(guó)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC591)歸口。本文件起草單位：天津大學(xué)、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司、工業(yè)和信息化部電子第五研究所、遨博(江蘇)機(jī)器人有限公司、西安交通大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、蕪湖瑞思機(jī)器人有限公司、天津市泰森數(shù)控科技有限公司、吉林大學(xué)、埃夫特智能裝備股份有限公司、北京化工大學(xué)、佛山華數(shù)機(jī)器人有限公司、廣州智能裝備研究院有限公司、昆明理工大學(xué)、廣州數(shù)控設(shè)備有限公司、重慶固高科技長(zhǎng)江研究院有限公司、浙江錢江機(jī)器人有限公司、佛山隆深機(jī)器人有限公司、清華大學(xué)、哈工大機(jī)器人(合肥)國(guó)際創(chuàng)新研究院、杭州億恒科技有限公司、沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、庫(kù)卡機(jī)器人(上海)有限公司、東莞市李群自動(dòng)化技術(shù)有限公司、常州檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證研究院。Ⅱ工業(yè)機(jī)器人是先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備，在支撐智能制造和提升生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著重要作用。工業(yè)機(jī)器人運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)缺失、滯后和系統(tǒng)性不足等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致技術(shù)要求難以統(tǒng)一，產(chǎn)品質(zhì)量缺乏保證，影響產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。GB/T42983《工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行維護(hù)》通過(guò)監(jiān)測(cè)工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)開(kāi)展運(yùn)行維護(hù)以提高工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行可靠性，保障用戶利益，提升行業(yè)維保服務(wù)的價(jià)值，擬由四個(gè)部分組成?！?部分：在線監(jiān)測(cè)。目的是規(guī)范和確定工業(yè)機(jī)器人在線監(jiān)測(cè)的術(shù)語(yǔ)、監(jiān)測(cè)參數(shù)類型、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)方式等?！?部分：故障診斷。目的是規(guī)范和確定工業(yè)機(jī)器人故障診斷流程、在線故障報(bào)警和離線測(cè)試等?！?部分：健康評(píng)估。目的是規(guī)范和確定工業(yè)機(jī)器人健康評(píng)估流程、健康評(píng)估體系和健康評(píng)估方法等?！?部分：預(yù)測(cè)性維護(hù)。目的是規(guī)范和確定工業(yè)機(jī)器人預(yù)測(cè)性維護(hù)的對(duì)象、預(yù)測(cè)方法、維護(hù)計(jì)劃和管理流程等。1工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行維護(hù)本文件規(guī)定了工業(yè)機(jī)器人故障診斷流程、在線故障報(bào)警、離線測(cè)試診斷等。本文件適用于工業(yè)機(jī)器人的故障診斷。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。描述2298—2010機(jī)械振動(dòng)、沖擊與狀態(tài)監(jiān)測(cè)詞匯19873.2—2009機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)第2部分：振動(dòng)數(shù)據(jù)處理、分析與22394.1—2015機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷數(shù)據(jù)判讀和診斷技術(shù)第1部分：總則25889—2010機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷聲發(fā)射29716.1—2013機(jī)械振動(dòng)與沖擊信號(hào)處理第1部分：引論42983.1—2023工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行維護(hù)第1部分：在線監(jiān)測(cè)18129:2015機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷性能診斷方法(Conditionmonitoringanddiagnosticsofmachines—Approachesforperformancediagnosis)3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T2298—2010和GB/T19873.2—2009故障fault界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。系統(tǒng)或部件不能執(zhí)行某項(xiàng)規(guī)定功能的狀態(tài)。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)或部件偏離標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。工業(yè)機(jī)器人處于運(yùn)行狀態(tài)。離線offline工業(yè)機(jī)器人處于脫離生產(chǎn)的、非作業(yè)下的狀態(tài)。2反映系統(tǒng)的有關(guān)狀態(tài)或故障信息的狀態(tài)量。表征故障是否發(fā)生、嚴(yán)重程度的征兆參數(shù)。根據(jù)被測(cè)輸入和輸出變量和被控系統(tǒng)的模型，重構(gòu)被控系統(tǒng)狀態(tài)的系統(tǒng)。當(dāng)遇到選定的參數(shù)或其邏輯組合異常，要求采取糾正行動(dòng)時(shí)，用于通知工作人員而設(shè)計(jì)的運(yùn)行信號(hào)或警告信息。為確定故障的性質(zhì)(種類、狀況、程度),而進(jìn)行的檢驗(yàn)。4工業(yè)機(jī)器人故障診斷流程工業(yè)機(jī)器人故障診斷按照?qǐng)D1所示的流程進(jìn)行。a)在線監(jiān)測(cè)參數(shù)應(yīng)符合GB/T42983.1—2023中監(jiān)測(cè)參數(shù)類別、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)方式等的要求。b)在線故障報(bào)警基于控制總線信號(hào)和附加傳感器的方式識(shí)別工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)和減速器等是否存在異?；蚬收?，若不存在異常或故障，則持續(xù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。c)若報(bào)警則進(jìn)行離線測(cè)試診斷，離線測(cè)試診斷包括離線測(cè)試和離線診斷。離線測(cè)試時(shí)應(yīng)按照工業(yè)機(jī)器人單軸是否能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)來(lái)選擇測(cè)試方式，測(cè)試方式包括單軸測(cè)試和工況測(cè)試；離線診斷宜采用信號(hào)處理方法和人工智能診斷方法對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行故障診斷。在線監(jiān)測(cè)否在線故障報(bào)警是離線測(cè)試診斷診斷結(jié)果圖1工業(yè)機(jī)器人故障診斷流程35在線故障報(bào)警5.1基于控制總線基于控制總線的在線故障報(bào)警內(nèi)容包括控制異常報(bào)警和基于殘差的故障報(bào)警。a)控制異常報(bào)警工業(yè)機(jī)器人控制異常報(bào)警包括硬件報(bào)警、控制超差報(bào)警和通信異常報(bào)警，在線故障報(bào)警中關(guān)于控制異常報(bào)警的機(jī)制信息見(jiàn)附錄A,具體要求如下：1)硬件報(bào)警宜采用模擬硬件電路方式，當(dāng)硬件電路輸入異常時(shí)輸出特定電平，發(fā)生硬件報(bào)警；2)控制超差報(bào)警宜采用閾值比較方式，監(jiān)測(cè)參數(shù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)超過(guò)閾值，發(fā)生控制超差報(bào)警；3)通信異常報(bào)警宜采用“問(wèn)答”方式，若規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)反饋，則狀態(tài)標(biāo)志位置1,發(fā)生通信異常報(bào)警。b)基于殘差的故障報(bào)警基于總線通信的數(shù)據(jù)獲取方式，宜采用觀測(cè)器和殘差對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行在線故障報(bào)警。針對(duì)電機(jī)故障報(bào)警，可建立伺服電機(jī)觀測(cè)器，宜采用電流作為觀測(cè)器輸出參數(shù)，驅(qū)動(dòng)器信號(hào)(轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等)作為輸入?yún)?shù)，使用電流殘差值對(duì)電機(jī)進(jìn)行在線故障報(bào)警。觀測(cè)器的建立應(yīng)符合ISO18129:2015中5.2的要求：1)確定觀測(cè)器輸出參數(shù)；2)選擇使用的輸入?yún)?shù)；4)設(shè)定故障閾值，宜選用正常運(yùn)行下殘差序列方差的3倍作為故障閾值；5)調(diào)試觀測(cè)器。5.2基于附加傳感器工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)和減速器宜采用振動(dòng)傳感器、聲發(fā)射傳感器和溫度傳感器等附加傳感器進(jìn)行在線故障報(bào)警。針對(duì)電機(jī)故障報(bào)警，可采用附加振動(dòng)傳感器和溫度傳感器來(lái)進(jìn)行在線故障報(bào)警。對(duì)于附加振動(dòng)傳感器，宜采用振動(dòng)信號(hào)的均方根值作為特征指標(biāo)來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行在線故障報(bào)警；對(duì)于附加溫度傳感器，宜采用溫度信號(hào)的有效值作為特征指標(biāo)來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行在線故障報(bào)警。針對(duì)減速器故障報(bào)警，可采用附加振動(dòng)傳感器和聲發(fā)射傳感器來(lái)進(jìn)行在線故障報(bào)警。對(duì)于附加振動(dòng)傳感器，宜采用振動(dòng)信號(hào)的均方根值作為特征指標(biāo)來(lái)對(duì)減速器進(jìn)行在線故障報(bào)警；對(duì)于附加聲發(fā)射傳感器，宜選用聲發(fā)射信號(hào)的能量作為特征指標(biāo)來(lái)對(duì)減速器進(jìn)行在線故障報(bào)警。特征指標(biāo)的選取應(yīng)符合GB/T19873.2—2009中3.3、GB/T25889—2010中4.1和GB/T2298—2010中6.11的要求，同時(shí)宜按如下方法選擇：a)針對(duì)振動(dòng)傳感器，采用均方根值等作為特征指標(biāo)；b)針對(duì)聲發(fā)射傳感器，采用能量等作為特征指標(biāo)；c)針對(duì)溫度傳感器，采用平均值等作為特征指標(biāo)。6離線測(cè)試診斷6.1離線測(cè)試診斷流程按照GB/T22394.1—2015中6.3和6.4的要求，宜按圖2所示流程進(jìn)行離線測(cè)試診斷。4人工智能診斷方法信號(hào)處理方法人工智能診斷方法信號(hào)處理方法支支持問(wèn)量機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)森林專家系統(tǒng)振動(dòng)傳感路溫度傳感器電壓傳感發(fā)譜分析電流傳感器數(shù)據(jù)采集小波分析包絡(luò)分析盧發(fā)射傳感器診斷結(jié)果異常確認(rèn)圖2離線測(cè)試診斷流程6.2離線測(cè)試離線測(cè)試宜分為單軸測(cè)試和工況測(cè)試。a)單軸測(cè)試工業(yè)機(jī)器人能單軸獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，宜采用單軸測(cè)試方法。將工業(yè)機(jī)器人的各軸置于原點(diǎn)位置，單軸運(yùn)行，采集測(cè)試數(shù)據(jù)，利用6.3中的診斷方法，進(jìn)行報(bào)警部件的故障診斷。b)工況測(cè)試工業(yè)機(jī)器人不能單軸獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，宜選用特定工況測(cè)試或?qū)嶋H作業(yè)工況測(cè)試，采集測(cè)試數(shù)據(jù)，利用6.3中的診斷方法，進(jìn)行報(bào)警部件的故障診斷。6.3離線診斷離線診斷宜分為信號(hào)處理方法和人工智能診斷方法。a)信號(hào)處理方法信號(hào)處理方法應(yīng)符合GB/T29716.1—2013中7.4和7.5的要求，信號(hào)處理方法宜采用包絡(luò)分析、譜分析法、小波分析等。信號(hào)在幅值、相位和頻率上會(huì)與故障存在映射關(guān)系，利用上述方法進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人故障診斷。b)人工智能診斷方法人工智能診斷方法應(yīng)符合GB/T22394.1—2015中6.3.4和6.3.8的要求，宜選用如下人工智能的診斷方法：——支持向量機(jī)。GBGB/T42983.2—2023(資料性)控制異常報(bào)警機(jī)制信息表A.1給出在線故障報(bào)警中關(guān)于控制異常報(bào)警的機(jī)制信息。表A.1控制異常報(bào)警機(jī)制信息cn序號(hào)故障名稱故障征兆采樣信號(hào)來(lái)源特征值故障診斷方法詳細(xì)診斷機(jī)制1過(guò)載一段時(shí)間內(nèi)大于額定力矩1.2倍功率模塊輸出相電流直軸交軸(dq軸)電流過(guò)大一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，當(dāng)前工作負(fù)荷率下，超出允許工作時(shí)間每個(gè)控制周期dq軸電流超出1.2倍負(fù)載率則計(jì)數(shù)器累計(jì)一個(gè)值，該值與負(fù)載率呈整體非線性(或局部線性關(guān)系)。若小于1.2倍負(fù)載率則計(jì)數(shù)器減去一個(gè)較大的值，若超出門檻值則報(bào)警2過(guò)流一段時(shí)間內(nèi)大于額定力矩2倍功率模塊輸出相電流dq軸電流過(guò)大一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，當(dāng)前工作負(fù)荷率下，超出允許工作時(shí)間每個(gè)控制周期dq軸電流超出2倍負(fù)載率則計(jì)數(shù)器累計(jì)一個(gè)值，該值與負(fù)載率呈整體非線性(或局部線性關(guān)系)。若小于2倍負(fù)載率則計(jì)數(shù)器減去一個(gè)較大的值，若超出門檻值則報(bào)警3過(guò)速伺服速度超出給定速度編碼器信號(hào)旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，最大值也高于門限每個(gè)控制周期旋轉(zhuǎn)速度超出轉(zhuǎn)速指令值的12.5%,則計(jì)數(shù)器累加，沒(méi)有達(dá)到則清零，當(dāng)計(jì)數(shù)器到時(shí)間(400ms)則報(bào)警4跟蹤位置超出位置期望與反饋差值過(guò)大期望位置/編碼器反饋位置環(huán)誤差做比較報(bào)警5增量編碼器差分信號(hào)異常編碼器三相通信異常編碼器差分信號(hào)是否正常邏輯判斷邏輯判斷將編碼器某路差分信號(hào)整形輸入邏輯判斷單位，當(dāng)差分信號(hào)不成立則可判斷該路差分信號(hào)異常6編碼器位置跳變編碼器位置出現(xiàn)異常跳變編碼器位置位置差邏輯判斷兩次控制位置差過(guò)大則出現(xiàn)報(bào)警7絕對(duì)式編碼器通信異常與絕對(duì)式編碼器通信超時(shí)絕對(duì)式編碼器數(shù)據(jù)幀驅(qū)動(dòng)器收不到絕對(duì)式編碼器數(shù)據(jù)幀標(biāo)志位判斷發(fā)出查詢指令，查詢是否接收到絕對(duì)式編碼器反饋的數(shù)據(jù)幀序號(hào)故障名稱故障征兆采樣信號(hào)來(lái)源特征值故障診斷方法詳細(xì)診斷機(jī)制8絕對(duì)式編碼器供電異常絕對(duì)式編碼器電池電壓偏低外接電池電壓電壓標(biāo)志位判斷觀察電壓數(shù)據(jù)是否偏低9母線電壓過(guò)壓主電源電壓過(guò)高母線電壓母線電壓一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，最小值也超出門限計(jì)時(shí)60ms報(bào)警母線電壓欠壓主電源電壓過(guò)低母線電壓母線電壓一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，最大值也低于門限計(jì)時(shí)36ms報(bào)警瞬間停電報(bào)警有超過(guò)一個(gè)電源周期的停電發(fā)生母線電壓母線電壓一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)采樣，逐漸下降在65ms內(nèi)電壓連續(xù)下降電流采樣回路異常功率模塊輸出相電流采樣回路異常功率模塊輸出相電流功率模塊輸出相電流平均值開(kāi)機(jī)自檢時(shí)連續(xù)采樣取均值自檢時(shí)伺服電機(jī)開(kāi)環(huán)勵(lì)磁(此時(shí)電流環(huán)路電流約頭0),啟動(dòng)電流環(huán)路采樣，判斷采樣均值(允許5%左右偏差)通信異常控制器收不到驅(qū)動(dòng)器的通信數(shù)據(jù)幀回復(fù)通信數(shù)據(jù)幀收不到通信數(shù)據(jù)幀回復(fù)標(biāo)志位判斷發(fā)出查詢指令，查詢是否接收到驅(qū)動(dòng)器反饋的數(shù)據(jù)幀功率模塊故障功率模塊報(bào)警功率模塊輸出回路總電流電壓超過(guò)門限值(回路總電流)模擬濾波，電平觸發(fā)通過(guò)采樣電阻對(duì)回路總電流進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)RC濾波驅(qū)動(dòng)器過(guò)熱驅(qū)動(dòng)器溫度過(guò)高溫度傳感器輸出信號(hào)溫度連續(xù)采樣取均值在功率模塊附近放置溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，溫度超過(guò)