仪器仪表学报

作者：徐大伟，梁晨硕，胡东阳，王硕楠，牛杭

单位：徐大伟,1.华北电力大学自动化系保定071003； 2.保定市电力系统智能机器人感知与控制重点实验室保定071003,xudawei@ncepu.edu.cn,梁晨硕,华北电力大学自动化系保定071003,,胡东阳,华北电力大学自动化系保定071003,,王硕楠,华北电力大学自动化系保定071003,,牛杭,1.华北电力大学自动化系保定071003； 2.保定市电力系统智能机器人感知与控制重点实验室保定071003,

关键词：故障诊断;故障隔离;绳驱机械臂;物理信息网络;布拉格光栅传感器

基金：国家自然科学基金项目（62403198)、河北省高等学校科学技术研究项目（QN2024171）、中央高校基本科研业务费专项资金项目（2025MS149）资助

针对绳驱机械臂绳索磨损问题,提出了一种故障诊断与隔离框架,旨在提高绳驱机械臂运行的可靠性与安全性。在故障诊断环节,通过结合机械臂关节角度与绳索张力的映射关系构建绳索张力模型,用于准确预测绳索在不同工作状态下的张力变化。在此基础上设计了嵌入物理信息的故障诊断网络,该网络利用张力信号与关节角度信息的动态特性,通过多目标损失函数优化,以实现对故障绳索准确的故障诊断。在故障隔离环节,设计了一种基于同步补偿法的光纤关节角度传感器以稳定精确地采集关节运动信息,并提出三驱动绳索同步补偿策略。同步补偿策略依次对各个关节的3根驱动绳索执行多次等距同步收缩操作,减少动态误差对隔离精度的影响。利用该光纤传感器采集机械臂俯仰角与偏航角的动态响应数据,经格拉姆角差场算法生成二维特征图谱。在此基础上构建集成分类模型,实现机械臂绳索损伤准确隔离。在绳索故障诊断实验中,诊断准确率为98.48%,在绳索故障隔离实验中,对故障绳索的隔离准确率为94.89%。实验结果表明,该方法在绳索张力预测、故障诊断以及故障定位方面均表现出显著优势,为绳驱机械臂的安全运行提供了有力保障。

来源：2025年第9期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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