Una Estrategia de Diagnóstico en Línea Robusta de Fallos de Circuito Abierto en Inversores para Motores BLDC de Articulaciones Robóticas
Autores: Metwly, Mohamed Y.; Logan, Victor M.; Clark, Charles L.; He, Jiangbiao; Xie, Biyun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Una Estrategia de Diagnóstico en Línea Robusta de Fallos de Circuito Abierto en Inversores para Motores BLDC de Articulaciones Robóticas
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Robots
Fiabilidad
Fallos conjuntos
Método de diagnóstico
Fallos en semiconductores
Motores de corriente continua sin escobillas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
A medida que los robots se utilizan cada vez más en aplicaciones remotas, críticas para la seguridad y peligrosas, la fiabilidad de los robots se vuelve más importante que nunca. Los sistemas de motor de accionamiento de las articulaciones de los brazos robóticos son vulnerables a fallos de hardware debido a las duras condiciones de operación en muchos escenarios, lo que puede provocar diversas fallas en las articulaciones y resultar en costos significativos de inactividad. Dirigiéndose a los sistemas de motor de corriente continua sin escobillas (BLDC) más comunes en las articulaciones robóticas, este documento propone un método de diagnóstico en línea robusto para fallos semiconductores en los motores BLDC. La técnica de diagnóstico de fallos propuesta se basa en el análisis de la firma de corriente del estator. Específicamente, este documento investiga el rendimiento de los motores de articulación BLDC bajo fallos de circuito abierto de los interruptores del inversor utilizando herramientas de co-simulación de elementos finitos. Además, la metodología propuesta no solo es capaz de detectar cualquier fallo de circuito abierto, sino también de identificar interruptores defectuosos basándose en una tabla de conocimiento al considerar diversas condiciones de fallo. La robustez de la técnica propuesta se verificó a través de simulaciones extensas bajo diferentes condiciones de velocidad y carga. Además, se han realizado simulaciones en un brazo robótico Kinova Gen-3 para verificar los hallazgos teóricos, destacando los impactos de las articulaciones bloqueadas en las ubicaciones del efector final del robot. Finalmente, se presentan resultados experimentales para corroborar el rendimiento de la estrategia de diagnóstico de fallos propuesta.
Descripción
A medida que los robots se utilizan cada vez más en aplicaciones remotas, críticas para la seguridad y peligrosas, la fiabilidad de los robots se vuelve más importante que nunca. Los sistemas de motor de accionamiento de las articulaciones de los brazos robóticos son vulnerables a fallos de hardware debido a las duras condiciones de operación en muchos escenarios, lo que puede provocar diversas fallas en las articulaciones y resultar en costos significativos de inactividad. Dirigiéndose a los sistemas de motor de corriente continua sin escobillas (BLDC) más comunes en las articulaciones robóticas, este documento propone un método de diagnóstico en línea robusto para fallos semiconductores en los motores BLDC. La técnica de diagnóstico de fallos propuesta se basa en el análisis de la firma de corriente del estator. Específicamente, este documento investiga el rendimiento de los motores de articulación BLDC bajo fallos de circuito abierto de los interruptores del inversor utilizando herramientas de co-simulación de elementos finitos. Además, la metodología propuesta no solo es capaz de detectar cualquier fallo de circuito abierto, sino también de identificar interruptores defectuosos basándose en una tabla de conocimiento al considerar diversas condiciones de fallo. La robustez de la técnica propuesta se verificó a través de simulaciones extensas bajo diferentes condiciones de velocidad y carga. Además, se han realizado simulaciones en un brazo robótico Kinova Gen-3 para verificar los hallazgos teóricos, destacando los impactos de las articulaciones bloqueadas en las ubicaciones del efector final del robot. Finalmente, se presentan resultados experimentales para corroborar el rendimiento de la estrategia de diagnóstico de fallos propuesta.