发明内容

基于上述现有技术不足，本发明的目的在于提供一种智能可移动式故障补位工业机器人及其控制方法，以解决现有技术中生产线上各工位工业机器人故障时，生产线停止生产，降低企业生产效率的问题；本发明提供一种可移动式的故障补位机器人，其可通过云端平台共享生产线运行数据，在生产线某工位机器人故障时，其可根据云端数据智能调度，到达故障工位点暂代故障机器人进行生产线作业，待该工位机器人修复完成后，再返回待机点，极大的保证了生产线的运行可靠性和生产效率。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种智能可移动式故障补位工业机器人包括机械臂模块、可移动式底座、控制模块、生产线云端数据平台；

所述机械臂模块通过螺钉固定在所述可移动式底座上，其包括驱动节点、关节和工作爪。此外，根据机械臂运动和工作的要求，如冷却装置、自动检测装置也会选装在所述机械臂模块上；

所述驱动节点安装在所述各关节之间，用于驱动关节运动；

所述工作爪安装在最末端的驱动节点，用于进行生产线产品加工操作；

所述可移动式底座包含底座轮、底座平台、舵机、舵机轴、驱动电机、驱动轴；

所述底座轮对称的安装在所述底座平台两边，用于支撑底座平台并做底座平台移动媒介；

所述舵机安装在所述底座平台顶部前端，其输出端与所述舵机轴的输入端相连，用于驱动底座平台转向；

所述舵机轴输出端与所述底座平台前端两个底座轮相连；

所述驱动电机安装在所述底座平台顶部后端，其输出端与所述驱动轴输入端相连，用于驱动底座平台移动；

所述驱动轴的输出端与所述底座平台后端的两个底座轮相连；

所述控制模块包括底座控制单元、机械臂控制单元、超声波雷达、定位器；

所述底座控制单元安装在所述底座平台上，并与所述生产线云端数据平台通过网络连接，与所述舵机和驱动电机电气连接，用于接收生产线故障工位信息和至故障工位路线并控制可移动式底座运动；

所述机械臂控制单元安装在所述机械臂模块上，并与所述生产线云端数据平台网络连接，用于接收生产线故障工位信息，并控制机械臂模块的运动；

所述超声波雷达安装在所述底座平台前端，并与所述底座控制单元电气连接，用于感知环境信息，并将信息发送至底座控制单元；

所述定位器安装在所述底座平台下方，并与所述底座控制单元电气连接，用于感知当前机器人所述位置，并将信息发送至所述底座控制单元；

所述生产线云端数据平台用于监测生产线各工位机器人运行状态，实时监测运行故障并进行故障时的机器人调度；

进一步地，所述机械臂模块可以根据各生产线工业机器人的不同进行拆装替换；

进一步地，所述机械臂控制单元中刻录有生产线上各工位机器人中的工作程序，可根据生产线云端数据平台实时传输的故障工位点选择到达工位后要运行的程序；

除此之外，本发明还提供一种智能可移动式故障补位工业机器人的控制方法，具体步骤如下：

（1）采集自动化生产线各工位机器人历史运行数据和实时运行数据，并同步至生产线云端数据平台；

（2）生产线云端数据平台根据所述步骤（1）中采集的生产线上各工位机器人运行数据，进行故障检测；

（3）根据所述步骤（2）中的故障检测结果，则通过生产线云端数据平台进行故障补位工业机器人的调度；

（4）根据所述步骤（3）中接收到的故障工位信息及至故障工位的路线信息，底座控制单元控制故障补位工业机器人沿接收到的路线移动至故障工位，固定在该工位后，机械臂控制单元调用该工位运行算法，接替故障机器人工作，保证生产线正常运行；

（5）在步骤（4）中故障补位工业机器人沿接收到的路线行驶过程中，由定位器和超声波雷达实时采集环境和位置信息传输至底座控制单元，底座控制单元控制机器人避开该路线上的障碍物；

进一步地，所述步骤（1）中采集的运行数据包括总消耗功率、各电机的功率、底座振动及任务执行结果、驱动关节的角速度和电机振动信号等数据；

进一步地，所述步骤（2）中故障检测采用隐马可夫理论，具体步骤为：

（21）根据现有生产线上工业机器人的故障数据库，提取总消耗功率、各电机的功率、底座振动及任务执行结果、驱动关节的角速度和电机振动信号等数据作为故障分类依据，将工业机器人故障分为A、B、C、D、E等故障类型，将正常运行状态定义为H；

（22）建立步骤（21）中各故障及正常状态的下的隐马尔可夫模型，采用步骤（21）中的数据作为观测变量，定义隐藏状态为故障种类加1，并利用Baum-Welch算法分别训练出各类故障和正常状态对应的隐马尔可夫模型参数；

（23）生产线运行时，实时采集总消耗功率、各电机的功率、底座振动及任务执行结果、驱动关节的角速度和电机振动信号等数据，并采用滑动时间窗的方法提取特征序列，取时间窗间隔为5s；

（24）将步骤（23）中提取的特征序列输入到步骤（22）训练好的各隐马尔可夫模型中，采用前向-后向算法分别计算各模型产生该特征序列的概率，认为概率最大者即为当前工业机器人对应的运行状态，即故障类型；

进一步地，所述步骤（3）中具体流程为：

（31）设置正常运行状态下隐马尔可夫模型的概率阈值；

（32）若结果为A、B、C、D、E中的任一故障类型，则控制生产线暂时停止，并通过生产线云端数据平台传输故障工位信息及至故障工位路线信息到故障补位工业机器人的底座控制单元和机械臂控制单元，调度故障补位工业机器人至该工位，其到达后控制生产线继续运行；

（33）若结果为H，且对应的概率数值大于设置的概率阈值，则认为生产线工作正常，不进行故障补位工业机器人的调度；

（34）若结果为H，且对应的概率数值小于设置的概率阈值，则认为出现不在计划内的故障类型，并控制生产线暂时停止，并通过生产线云端数据平台传输故障工位信息及至故障工位路线信息到故障补位工业机器人的底座控制单元和机械臂控制单元，调度故障补位工业机器人至该工位，其到达后控制生产线继续运行进一步地，所述步骤（5）中故障补位工业机器人避障具体步骤为：

（51）故障补位工业机器人按照接收到的路线进行自动行驶；

（52）行驶过程中利用所述定位器和超声波雷达进行环境位置信息采集；

（53）所述底座控制单元根据步骤（52）采集到的数据进行运动行为决策，确认故障补位工业机器人需要进行避障、制动避障或正常行驶；

（54）若（53）的决策结果为制动避障，则立即执行停车指令，并检测车辆是否有停车趋势，若没有停车趋势，则采取紧急制动，返回步骤（52）；

（55）若（54）的决策结果为转向避障，则返回检测到的障碍物信息，并判断是否存在可行驶路径，若存在，则规划避障路径，通过障碍物之后，回归原路线，并返回步骤（52）；若不存在，则将决策结果修改为“制动避障”，并返回步骤（54）；

本发明的有益效果：

本发明通过提供的一种故障补位工业机器人可通过云端互联实现实时数据共享，能够进行快速故障响应和应急处理，提高了生产线故障处理速度，同时该机器人具有通用性可移动式底座，应用在不同生产线时，仅需要替换上方机械臂模块即可，具有极大的市场应用价值；

本发明通过提供一种智能可移动式故障补位工业机器人，可实现生产线故障时不停产维修作业，使自动化生产线拥有更高的容错能力，有效降低了因工位机突发故障无法使用而对自动化生产线产能造成的影响。