機器人故障維修實例分析

摘要：介紹了瑞典IRB ABB 2000工業機器人故障和維修，就運行中機器人故障產生的原因作了剖析，提出了故障消除的技術措施。

關鍵詞：機器人；故障；維修

中圖分類號：TP24 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）03-0082-03

Analysis of Failure Maintenance Example in robot

DING Tao，YUAN Bo

（Commercial Vehicle Cab Plant of Dongfeng Motor Co.，Ltd.Shiyan 442040，China）

Abstract:This paper introduces failures and maintenances of the ABB IRB2000-type Swedish Industrial robot.The causes of robot faults during operation are explained and relevant technical measures to eliminate the faults.

Key words: robot；failure；maintenance

機器人是一種能完成某些機械動作的通用自動機，它可以根據不同的要求做出不同的動作，完成不同的任務。機器人的核心技術是機器人的控制系統。機器人控制是一項跨多個學科的綜合性技術，它涉及自動控制、計算機、傳感器、人工智能、電子技術和機械工程等多種學科的內容。機器人技術對我國傳統工業的提升，對工業生產的現代化和科學技術的發展將起到越來越多的積極作用。同時，對提高勞動生產率、提高產品質量、改善勞動條件、提高企業的產品柔性化等發揮了重要作用。本文根據實際工作經驗，簡要總結了瑞典ABB IRB 2000型工業機器人的故障處理方法。

1 瑞典IRB2000型工業機器人故障維修實例

瑞典IRB2000型工業機器人性能總體穩定，但也出現過一些故障，具體可分為下列幾種。

1.1 機器人試教盒顯示器、計算機、伺服驅動板指示燈亮，但系統進入不了初始化狀態

該種故障表明，主計算機板上的電池已經沒有電，在斷電條件下，該種電池的續航能力為15天，如果在15天以上機器人控制柜仍處于斷電狀態，機器人的電池電能耗盡，主板CPU無法讀存儲器內的初始化程序。解決故障的辦法是對機器人控制柜連續通電15小時以上，讓電池充足電。如果這種故障還消除不了，就很有可能是計算機主板或電池有問題，更換主板或電池后就可以解決。這種3.7 V的可充電池，其使用壽命為15年，因為該電池具有電壓階躍上升響應速度快、響應時間短的特點，可以有效地保證斷電瞬間不丟失數據，性能遠比一般的國產電池要好，所以不能用國產電池替代。

1.2 機器人與焊接或障礙物碰撞

出現該種問題的原因是，因為機器人在不同的速度下的零區范圍不一致。首先，直角坐標系適用于機器人的軌跡是圓弧，其兩個弧線的端點較近的情況下，機器人計算機系統采取一種特定算法對軌跡進行插補，如圖1。在機器人運動軌跡1中，機器人連續運動從A經過B點至C點。程序的110、120、130分別對應A、B、C三點。B點分別標有C1和C2的兩個圓，代表機器人接近B點的軌跡范圍，也就是自動運行時，能精確到達試點B的范圍，這兩個范圍叫機器人的零區。機器人計算機認為，軌跡過B點時，只要在C1或C2區域內經過都可以，機器人工作速度越快，B點的零區就大；速度越慢，零區范圍就小。在直角坐標系下，機器人速度為1 000 mm/s時，零區范圍為25 mm，機器人速度是100 mm/s時，零區范圍為2.5 mm。如果機器人不與焊接或障礙物相碰撞，就應該選擇C1零區，也就是講，讓機器人更精確地走到B點附近，然后到C點。這樣就完成機器人運動軌跡1的試教。另外，在試教機器人程序完畢后，可以將機器人程序的速度由低至高反復運行，并仔細觀察運行中可能被撞到零件的點，及時修改點的位置和該點的速度，采用這種辦法，也可以避免與焊件或障礙物相碰撞。

另外一種情況則是機器人走A、B、C 三點時，由于操作人員對機器人程序不清楚，機器人在110句時，即A點，錯誤地調出了130句，即C點，或是錯誤地刪除了120句，即B點，機器人直接從110句走到了130句。即從A點直接走到C點，造成與障礙物或焊件的碰撞，如圖1所示的機器人運動軌跡2。

1.3 機器人零點數據丟失

首先介紹一下零點數據的概念，在機器人的本體上每個軸的旋轉有特定的標記，例如在圖2中，是將1軸的特定標記對應起來。將1~6軸上的特定標記對應起來后，把數據記錄在計算機里，這種數據就叫做“零點數據”，也叫同步位置參數，在開機程序初始化后，零點數據被讀入軸計算機。機器人采用旋轉變壓器檢測電機當前轉動角度，然后通過后續的處理電路，由軸計算機計算出當前值，軸計算機對當前值和已讀入得零點值進行比較，得出機器人各軸的絕對測量值。

機器人零點數據丟失是機器人常遇到的故障，零點丟失的原因主要有兩點，一是機器人本體上的串行測量板壞，機器人的軸計算機無法從測量板存儲塊中讀出數據。二是機器人串行測量板的一塊24 V電池電能不足，不能保存數據。第一種故障所表現的現象是，機器人的零點數據，只要斷電，再次送電后就發現數據丟失，這種情況下，只要更換串行測量板就可以解決。第二種故障表現的現象是如果停電時間較長時，零點數據就丟失，這種情況下只要更換電池就解決，如果手頭沒有電池可更換，只能24小時連續開機，以保證零點數據不丟失，或者是每次開機重新調零。

1.4 機器人調零后，焊點位置不準

首先解釋調零，調零就是把機器人軸上的特定標記對齊（如圖2），然后將各軸的零點數據存入串行測量板的存儲塊中所進行的工作。

如果機器人軸上的特定標記沒有對應準確，就把零點數據輸入到串行測量板的存儲塊中，就會影響機器人的焊點位置。這是因為軸的基準值變了，原有機器人程序軸的坐標值等于原有試教時機器人坐標值減去原有的機器人零點坐標值，如果現在特定標記沒有對正，就意味著現在的零點位置已經與原先零點不一樣，再去執行原有程序肯定會出現問題。解決問題的辦法是調零時要認真檢查標記對應情況，并重新校正零點位置。還有一種情況是機器人在調零時，沒有把機器人各軸間的特定標記對齊就進行了零點數據輸入工作，并且以此零點數據試教了機器人的焊接程序。如果使用一段時間后，機器人遇到故障，需要重新調零，此時再按特定標記對齊，并把零點數據輸入計算機，執行原有程序，就會發現焊點位置已經不是原有狀態。如果有這種情況發生，只有一種辦法解決，嚴格按照操作方法，重新調零，對機器人工作程序全部調整，這種方法雖較繁瑣，但利于以后維修。

另外強調一點，在故障發生前，我們可新建一套檢驗機器人零點的程序，檢測零點的點位是否正確，即將機器人的軸特定標記對應好后并輸入計算機，只要執行該程序，機器人就可以從任何狀態自動走進零點狀態，可以判斷機器人的零點位置是否發生改變。

1.5 爪盤脫落與焊槍槍體碰撞故障

在機器人的程序里有很多的指令，如輸入、輸出信號或程序指令，有的輸入、輸出信號、程序指令都是成對出現的，比如在程序的第40句是一條帶有信號或程序指令的程序，用于控制外部設備，打開或關閉，在程序的第80句，則出現控制外部設備關閉或打開的信號或程序指令。我們在編程時尤其要注意這些信號或指令的含義。否則就會造成非常嚴重的后果。例如，機器人焊槍的爪盤在工作時，突然松開，焊槍被甩出，這種故障都與信號或程序指令的控制有關。此外，對于可置零位的輸出/輸入信號也要非常小心，否則也可能產生嚴重問題。

焊槍槍體上的接近開關位置也可能造成機器人移動錯誤。例如，焊槍在打開時，機器人移動，如果用于檢測焊槍打開的開關有移動，導致焊槍在半開半閉時就檢測為完全打開，導致機器人過早或過慢地移動，焊槍無法跨越障礙物。解決這種故障的辦法是每日點檢開關位置。

1.6 機器人試教方向失控故障

這是一個很少遇見但又是非常嚴重的故障，因為在試教時，如果行進的方向不能控制，就很有可能撞壞設備和撞傷人員。這是因為試教盒上的遙控手柄損壞，使用時間長，開關內部絕緣損壞，從而造成磨損漏電，所以不能正確接通電路。解決的方法是：松開遙控手柄螺釘，將試教盒背后的螺釘卸下，我們可以發現標有+X、-X、+Y、-Y、+Z、-Z線號的六根線，將線小心拆除，更換手柄就可以解決。

1.7 控制柜指示燈閃爍，機器人控制柜無法上電

機器人安全板是機器人安全系統控制核心，安全回路接通，機器人本體才能順利上電。安全回路分為內安全回路與外部安全回路，標志分別為INT和EXT。區別為：內安全回路控制本體系統是否允許運行；外安全回路則是機器人上安全開關控制外部系統（PLC等）是否允許工作。內安全回路中，各安全開關動作時，機器人系統斷電停止工作，抱閘鎖死。內安全鏈工作結構為：電源板24V電源?邛背板使能吸合（開點）?邛急停開關ES1（位于控制面板）?邛急停開關ES2（位于示教器）?邛用戶急停開關ES5（用戶需要連接）?邛運行開關（位于面板）?邛模式選擇。可以看出，內安全回路接通是機器人運行的必要前提條件。外安全鏈工作結構為：用戶電源?邛急停開關ES1（位于控制面板）?邛急停開關ES2（位于示教器）?邛用戶接收端。外安全回路接通，則外部系統得到一高電平信號。如果遇到該種故障出現，應該盡量檢查內、外安全環鏈以及機器人安全板。乒乓開關是機器人試教盒上的安全開關，是外安全鏈上的一個點，如果該開關損壞，也會導致控制箱無法上電操作，可以拆開開關，檢查彈簧和觸點的情況，必要時整體更換開關。

2 結束語

通過以上知識的學習，我們對機器人原理和常見故障有了理解，對維修而言，尚有很多未知的領域需要我們去研究、探索，也只有通過不斷的研究、探討，才能使機器人得到更好的使用和維護，充分發揮這種先進設備的長處。