水下機器人驅動電機故障灰色預測裝置制造方法及圖紙

一種水下機器人驅動電機故障灰色預測裝置，設置在水下機器人主體上并與該水下機器人主體連接，包括：一用于測試電機振動位移并輸出電壓信號的振動位移信號傳感器，所述振動位移信號傳感器固定水下機器人主體的驅動電機上；一與所述振動位移信號傳感器電路連接的位移信號采樣調理裝置；一與所述位移信號采樣調理裝置以２３２串行接口連接并接受振動位移信號并分析預測未來時刻振動信號的故障預測裝置。本實用新型專利技術的有益效果：本實用新型專利技術解決了現有技術中水下機器人驅動電機故障無法預測、而導致水下機器人無法進行水下作業問題。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及機械設備故障診斷預測
，具體的來說涉及一種適用于水 下機器人驅動電機故障預測的小波分析與灰色故障預測的裝置。
技術介紹
目前水下機器人已有結果報道，在公開號為CN1709766的專利，介紹了一種浮力 和推進器雙驅動方式遠程自治水下機器人，用于海洋水下工程
該專利包括機器 人主體，一對主翼，一對推進器和垂直尾翼，機器人主體的外部是整流用的透水殼，主翼和 垂直尾翼具有低流體阻力翼型，主翼設置于透水殼后部，對稱分布于透水殼左右兩側，垂直 尾翼設置于透水殼尾部，在透水殼的垂直對稱面內。推進器設置在主翼的外側。該專利具 有推進器驅動和浮力驅動兩種驅動方式，在浮力驅動模式下依靠浮力和重心的調節產生推 力和控制運動方向，具有高的續航能力，在推進器驅動模式下依靠推進器產生推力，依靠左 右推進器的推力差和重心調節控制運動方向，具有高機動能力。美國專利號為US5995992的專利公開了一種用于海洋科學測量與搜索的6英尺 長，直徑為13英寸的自治水下機器人。介紹了它的計算機系統，I/O 口，水下浮力，回收框 架，電池能力，高速串口，實時數據采集及其控制系統的設計。以上專利均是有關無人水下機器人裝置的設計，但由于海洋深處工作環境的復雜 性，不可預測性，水下機器人一旦出現故障，不僅機器人無法完成水下作業任務，而且機器 人本身也難以回收，損失巨大。由此可見其可靠性研究十分重要。而驅動電機作為水下機 器人推進系統的核心裝置，是水下機器人最重要的故障來源之一。因此，開展水下機器人驅 動電機故障診斷及故障預測預報技術研究，實現水下機器人早期“預報”，對保證水下機器 人系統可靠性具有重要意義。
技術實現思路
為了解決上述問題，本技術提供一種水下機器人驅動電機故障灰色預測裝 置，以解決現有技術中水下機器人驅動電機故障無法預測、而導致水下機器人無法進行水 下作業的問題。為了實現上述目的，本技術的技術方案如下—種水下機器人驅動電機故障灰色預測裝置，其特征在于，設置在水下機器人主 體上并與該水下機器人主體連接，包括一用于測試電機振動位移并輸出電壓信號的振動位移信號傳感器，所述振動位移 信號傳感器固定水下機器人主體的驅動電機上；一與所述振動位移信號傳感器電路連接的位移信號采樣調理裝置；一與所述位移信號采樣調理裝置以232串行接口連接并接受振動位移信號并分 析預測未來時刻振動信號的故障預測裝置。進一步，在本技術中，所述位移信號采樣調理裝置，包括有振動位移數值顯示窗口、232串行通信口、電源開關、信號放大濾波模塊、與信號放大濾波模塊電路輸入端連接 的A/D轉換器，所述A/D轉換器信號輸入端與振動位移信號傳感器連接，所述信號放大濾波 模塊電路的輸出端與232串行通信口連接。進一步，在本技術中，所述故障預測裝置，包括振動位移數值顯示模塊、DSP硬 件電路接口模塊、給整個水下機器人驅動電機故障灰色預測裝置供電的供電電源、控制開 關，DSP硬件電路接口模塊的輸入端與位移信號采樣調理裝置連接，DSP硬件電路接口模塊 的輸出端接振動位移數值顯示模塊。所述DSP硬件電路接口模塊，包括DSP系統電源電路、時鐘與復位電路、液晶顯示 接口電路；所述DSP硬件電路接口模塊的芯片為數字信號處理器。所述振動位移數值顯示模塊包括一液晶顯示器，所述液晶顯示器為可以顯示字 母、數字符號、中文字型及圖形、具有繪圖及文字畫面混合顯示功能的顯示器。本技術的有益效果1.本技術的故障預測裝置對來自位移信號采樣調理裝置的不同時間系列的 電壓信號進行小波分析處理，得到水下機器人的驅動電機不同頻段的能量函數大小，然后 再利用灰色預測原理預測未來各個時刻的不同頻段的能量函數大小，利用反小波變換得到 未來各個時刻的驅動電機振動位移數值，從而準確預測驅動電機未來工作狀況。本實用新 型解決了現有技術中水下機器人驅動電機故障無法預測、而導致水下機器人無法進行水下 作業的問題。2.本技術不僅可以預測水下機器人驅動電機故障狀況，而且可以預測正常工 作狀況的振動信號數值。3.本技術的水下機器人驅動電機故障灰色預測裝置設計方便、結構合理、部 件采購周期短、成本低。以下結合附圖和具體實施方式來詳細說明本技術附圖說明圖1為本技術的水下機器人驅動電機故障灰色預測裝置的結構關系圖；圖2為本技術的故障預測流程圖；圖3為本技術的A/D轉換接口電路圖；圖4為本技術的DSP系統電路圖；圖5a為本技術的時鐘電路圖；圖5b為本技術的復位電路圖；圖6為本技術的液晶顯示接口電路圖；圖7為本技術的振動位移時域信號圖；圖8為本技術的水下機器人驅動電機的振動位移小波變換后的頻域能量分 布圖。具體實施方式為了使本技術實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下 面結合具體圖示，進一步闡述本技術。參看圖1，一種水下機器人驅動電機故障灰色預測裝置，設置在水下機器人主體上 并與該水下機器人主體連接。該水下機器人驅動電機故障灰色預測裝置主要包括用于測試電機振動位移并輸 出電壓信號的振動位移信號傳感器1、與所述振動位移信號傳感器電路連接的位移信號采 樣調理裝置2、與所述位移信號采樣調理裝置以232串行接口連接并接受振動位移信號并 分析預測未來時刻振動信號的故障預測裝置3。振動位移信號傳感器1為將振動位移信號轉換為對應的電壓信號的傳感器，包括 有壓電陶瓷、磁鐵及信號傳輸線；用來將振動位移信號轉換為對應的電壓信號。位移信號采樣調理裝置2包括有振動位移數值顯示窗口、232串行通信口、電源開 關、信號放大濾波模塊、與信號放大濾波模塊電路輸入端連接的A/D轉換器，A/D轉換器信 號輸入端與振動位移信號傳感器連接，所述信號放大濾波模塊電路的輸出端與232串行通 信口連接。來自振動位移信號傳感器1電壓信號，通過信號放大濾波模塊和A/D轉換器處 理，在進行振動位移數值顯示窗口顯示的同時，在通信驅動程序控制下，通過232串行通信 口向故障預測裝置3傳送振動位移測試值；A/D轉換器采用TI公司生產的過采樣Σ -Δ技 術的模擬接口芯片(TLC320AD50C)，它集成了 16位A/D和D/A轉換通道，其內部ADC之后有 一個抽取濾波器，DAC之前有一個插值濾波器，接收和發送可以同時進行。A/D轉換接口電 路圖如圖3所示。故障預測裝置3包括有DSP硬件電路接口模塊、振動位移數值顯示模塊、232串 行通信口、供電電源、控制開關，供電電源給整個水下機器人驅動電機故障灰色預測裝置供 電，DSP硬件電路接口模塊的輸入端通過232串行通信口與位移信號采樣調理裝置連接， 輸出端接振動位移數值顯示模塊。它主要控制其與位移信號采樣調理裝置2的數據通信， 實現小波分析、灰色預測模型和驅動電機未來故障預測。DSP硬件電路接口模塊，包括DSP 系統電源電路、時鐘與復位電路、液晶顯示接口電路；DSP芯片采用TI公司的C54X系列 TMS320VC5402數字信號處理器；振動位移數值顯示模塊采用ST7920控制器驅動的點陣液 晶顯示模塊0CM4X8C，該模塊可以顯示字母、數字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字 畫面混合顯示功能。DSP系統電源電路如圖4所示，時鐘電路如圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水下機器人驅動電機故障灰色預測裝置，其特征在于，設置在水下機器人主體上并與該水下機器人主體連接，包括：一用于測試電機振動位移并輸出電壓信號的振動位移信號傳感器，所述振動位移信號傳感器固定水下機器人主體的驅動電機上；一與所述振動位移信號傳感器電路連接的位移信號采樣調理裝置；一與所述位移信號采樣調理裝置以２３２串行接口連接并接受振動位移信號并分析預測未來時刻振動信號的故障預測裝置。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱大奇，劉乾，顧偉，楊勇生，顏明重，
申請(專利權)人：上海海事大學，
類型：實用新型
國別省市：31[中國|上海]