机器人智能运维——振动监测

背景介绍

近年来，国家在人形机器人领域投入了大量资源，催生出宇树、智元和小米等企业。调研可知，当前阶段的研究重点主要包含：强化学习、人工智能算法和电驱电控技术等领域，支撑人形机器人实现跑步、爬楼梯和跳舞等动作，有效的提高了人形机器人的泛化能力，最终实现人力替代。

随着人形机器人出货量逐渐提升，使得智能运维的重要性越来越高。因此，团队联合云物通科技有限公司进行技术探索，采用振动传感器监测人形机器人关节的运行状态，通过智能算法建立关节轴承的性能退化过程，最终结合云-边-端技术实现人形机器人的智能运维，避免突发性故障引起的安全问题。

图1 人性机器人的应用实例

图2 四足机器人应用实例

实施方案

项目采用传感器实时采集机器人工作过程中的振动信号，后续通过智能算法实现关节故障的预警和感知，详细内容有：

振动传感器

振动传感器广泛应用在煤矿、化工、冶金、发电等行业的电机、减速机风机、发电机、空压机、离心机、水泵等旋转设备温度和振动的在线测量，具体如图3所示：

附图3 振动传感器的安装尺寸

采用边缘网关获取振动传感器信号，并通过transform_sensor_data进行数据预处理，后续配置MQTT服务器的三元组信息，将实时温度，速度和加速度数据上传到云服务器，具体代码如下所示：

代码语言：txt复制

# MQTT 服务器信息
broker = "ip"  # MQTT 服务器地址
port = 1883  # 默认 MQTT 端口
clientid = "ClientId"  # 替换为你的 clientid
username = "UserName"  # 替换为你的 username
password = "05b61b97bb8fb1bb9d5433e223fea16223f9b78b;hmacsha1"  # 替换为你的 password

# 上行请求 Topic
up_topic = "$thing/up/property/00x/vibration"  # 替换为你的上行请求 Topic
# 下行响应 Topic
down_topic = "$thing/down/property/00x/vibration"  # 替换为你的下行响应 Topic

# 构造 payload
def generate_payload():
    return {
        "method": "report",
        "msgToken": "123",
        "timestamp": int(time.time() * 1000),  # 当前时间戳（毫秒）
        "params": {
            "tem": transform_sensor_data(sensor_vibration.read_register(registeraddress=0, functioncode=3)),
            "accx": transform_sensor_data(sensor_vibration.read_register(registeraddress=10, functioncode=3)),
            "accy": transform_sensor_data(sensor_vibration.read_register(registeraddress=11, functioncode=3)),
            "accz": transform_sensor_data(sensor_vibration.read_register(registeraddress=12, functioncode=3)),
            "vx": transform_sensor_data(sensor_vibration.read_register(registeraddress=1, functioncode=3)),
            "vy": transform_sensor_data(sensor_vibration.read_register(registeraddress=2, functioncode=3)),
            "vz": transform_sensor_data(sensor_vibration.read_register(registeraddress=3, functioncode=3))
        }
    }

附图4 物联网平台配置

附1：环境安装时，最好采用国内的镜像源，有时候很有可能因为梯子问题，引发报错。pip install pyserial -i