機械臂故障檢測第一篇

1、Fault Detection for Robot Manipulators viaSecond-Order Sliding Modes基于二階滑模的機械(jxi)臂故障檢測共二十一頁主要內(nèi)容(nirng)（摘要）論文展現(xiàn)的是一個針對剛性機械臂的基于模型的故障檢測和隔離方案。這個方案能夠檢測到機械臂的一個傳感器或驅(qū)動器上的簡單的故障操作（甚至可以檢測到故障的確切位置），以及能夠執(zhí)行(zhxng)對錯誤信號的估計。為了實現(xiàn)此故障檢測，要考慮信號輸入估計器和信號輸出觀測器。通過使用次優(yōu)的二階滑模算法來設(shè)計觀測器的輸入規(guī)則以及建立起令人滿意的穩(wěn)定性能的觀測誤差的觀測器。本文提出的算法是經(jīng)過了仿真驗證

2、并且已在COMAU SMART3-S2機械臂上實驗過的。共二十一頁兩個(lin )重要概念故障檢測：故障檢測希望在很短的時間間隔內(nèi)降低損害和臨界損傷的可能性。在系統(tǒng)上實施對一個輸入(shr)的未知信號的故障建模。在電器設(shè)備和連接部分驅(qū)動器和傳感器發(fā)生故障比較頻繁。故障檢測技術(shù)的目的是產(chǎn)生對故障比較敏感的診斷信號。故障隔離：故障隔離是指用測試向量能夠區(qū)分出故障集中區(qū)域的各個故障所屬的位置,把需要修理的故障在一定的范圍內(nèi)定位和分離出來。共二十一頁論文主體分為(fn wi)三部分：1.提出機械臂模型2.對故障檢測方案的描述3.進(jìn)行仿真和得出(d ch)實驗結(jié)果共二十一頁機械(jxi)臂模型共二十一頁

3、先進(jìn)的FDI方案是建立在系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上的。通過模型可以充分的對比輸入和故障(gzhng)系統(tǒng)的輸出。通過拉格朗日算法表述了節(jié)點空間內(nèi)的一個n節(jié)點的機械臂的動態(tài)，通過系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式來仿真： （1）其中q表示的是節(jié)點位移向量；表示的是電機控制力矩向量；B(q)是已知的慣性矩陣；C(q, q)q代表向心力和科里奧利力矩；Fv代表粘性摩擦力對角矩陣；g(q)代表重力力矩。共二十一頁模型(mxng)仿真二階滑模算法： （2）共二十一頁認(rèn)為(rnwi)可能的兩種故障1.驅(qū)動器故障（可能是因為供電系統(tǒng)、驅(qū)動器或接線等有損害造成(zo chn)的）應(yīng)用到的驅(qū)動器的實際力矩： （3）2.傳感器故障（因為

4、控制器不能精確的定位接頭處的角位移）控制器接收到的輸出為： （4）q是真實的未知的輸出，q是故障信號向量共二十一頁提出(t ch)診斷方案圖1展示了機械臂完整的診斷方案。針對(zhndu)兩個部分提出診斷方案，即驅(qū)動器和傳感器，當(dāng)一個故障不確定是出現(xiàn)在傳感器還是驅(qū)動器上時，最右邊的模塊會執(zhí)行故障分離。A.驅(qū)動器的故障檢測隔離策略（對實際上輸入的力矩的估計） （5）這里 表示預(yù)測轉(zhuǎn)矩； 表示真實的未知的力矩； 表示建模誤差。共二十一頁共二十一頁B.傳感器的故障檢測策略：采用(ciyng)n個觀測器，每一個都對應(yīng)一個傳感器。第i個觀測器的輸入法的計算是根據(jù)除了第i個傳感器的測量值以外的所有的傳感器

5、上的測量值。共二十一頁共二十一頁在第i個觀測器上的誤差(wch)向量表示為： （8）共二十一頁 （9）如何判斷(pndun)傳感器上j上有一個故障已出現(xiàn)？用一個正實數(shù)所表示的閾值T，當(dāng)任意ij，且：或者當(dāng)i=j，且說明在j傳感器上有一個故障出現(xiàn)。共二十一頁共二十一頁D.誤差簽名表：如何判斷故障(gzhng)到底是發(fā)上在傳感器還是在驅(qū)動器上？如果與傳感器相關(guān)的所有殘差中只有一個等于1；以及如果與驅(qū)動器相關(guān)的所有殘差都等于0或者是所有殘差中至少兩個等于1，判定故障是出現(xiàn)在傳感器上的。如果以上的兩個條件都成立，則判定故障是出現(xiàn)在驅(qū)動器上的。共二十一頁實驗仿真結(jié)果(ji gu)及結(jié)論共二十一頁實驗仿真

6、(fn zhn)結(jié)果：本文對在三連桿平面機械臂上采用FDI方案的性能進(jìn)行了評估，首先通過模擬三種可能的驅(qū)動器的故障，然后通過模擬可能的傳感器的故障。需要注意的是在模擬中對所考慮的驅(qū)動器和傳感器的信號加入了噪聲。共二十一頁結(jié)論：1.總結(jié):本文基于SOSM概念的機械臂故障檢測方案在檢測和識別驅(qū)動器的可能故障方面顯示出良好的性能，并且通過改進(jìn)的GOS組件檢測出一個特定的傳感器的故障2.擴展：僅發(fā)生在驅(qū)動器上的故障（可以是多個），或者是發(fā)生在驅(qū)動器或者傳感器上的單一故障。然而，在實際的實驗中我們觀察到，多個傳感器的故障分離是可以實現(xiàn)的，只要它們是不同時的。3.不足：在本文中，彈力的影響是沒有在理論上進(jìn)行研究的，因為在考慮實驗設(shè)置的過程中，彈力的影響幾乎可以忽略不計，但是在以后的工作中將會專門的考慮彈性(tnxng)對FDI方法的影響。共二十一頁謝謝(xi xie)共二十一頁內(nèi)容摘要Fault Detection for Robot Manipulators viaSecond-Order Sliding Modes。論文展現(xiàn)的是一個針對剛性機械臂的基于模型的故障檢測和隔離方案。這個方案能夠檢測到機械臂的一個傳感器或驅(qū)動器上的簡單的故障操作（甚至可以(ky)檢測到故障的確切位置），以及能夠執(zhí)行對錯誤信號的估計。故障隔離：故障隔離是指用測試向量能夠