ABB 工業機器人控制系統故障分析及排除方法

陸 雄

（湖南三一工業職業技術學院，湖南長沙 410129）

0 引言

人工智能的不斷發展，使工業機器人的應用越來越廣，在三一集團工業機器人也得到廣泛的使用。三一集團主要有日本FANUC、日本神鋼、德國KUKA、德國CLOOS、瑞士ABB 等品牌工業機器人，使用數量達近千臺，其中ABB 工業機器人占了近1/5，ABB 工業機器人的外觀如圖1 所示。

圖1 ABB 工業機器人外觀

ABB 工業機器人以其高智能、高質、高效，在生產中發揮著越來越重要的作用。在使用過程中，仍然不可避免會發生一些故障，一旦發生故障，故障處理較為復雜，對維修人員的素質要求很高，通常的做法是由廠家服務人員進行維修處理，一方面維修費用較高，另一方面維修的及時性無法得到保障，直接影響企業經濟效益。針對這種情況，我們開始嘗試自主維修機器人，這些機器人的故障多發生于機器人控制系統。為此，對IRB 系列ABB 工業機器人的控制系統的組成及功能進行全面深入的了解。在此基礎上，對常見的故障進行總結歸納，用于指導日常維修工作，并對特殊故障進行深入分析研究，為ABB 工業機器人控制系統的維修工作提供技術參考。

1 ABB 工業機器人控制系統組成及功能

1.1 ABB 工業機器人的組成

如圖2 所示，ABB 工業機器人由示教器、IRC5 控制器和機器人本體三大部分組成。通過示教器和IRC5 控制器對機器人本體進行控制，實現機器人的操作，完成需要的功能。

圖2 ABB 工業機器人的組成

1.2 控制系統的基本組成及功能

IRB 系列ABB 工業機器人控制系統主要由示教器、IRC5控制器及伺服電機三大部分組成，控制系統框圖如圖3 所示。伺服電機安裝于機器人本體上。

ABB 工業機器人控制系統的核心部分包括示教器和IRC5控制器。

圖3 ABB 工業機器人控制系統框圖

示教器用于處理與機器人系統操作相關的許多功能：運行程序、微動控制、修改機器人程序等。示教器本身也是一個完整的計算機，通過集成電纜和連接器與IRC5 控制器連接。

IRC5 控制器主要由操作面板、主計算機、電源模塊、整流模塊、I/O 模塊及伺服模塊等組成，如圖4 所示。IRC5 控制器包含移動和控制機器人的所有必要功能。

其中主計算機和伺服模塊是IRC5 控制器的兩個關鍵部分。主計算機包含主板和存儲單元，由主計算機完成對機器人功能的控制。驅動模塊接受主計算機的指令控制伺服電機的運行，然后由機器人本體完成各項工作任務。

機器人所有軟件裝于CF 卡中，包括系統軟件和應用軟件，系統軟件主要由啟動系統（開機程序）和Windows 操作系統組成，是整個機器人系統的運行和操作平臺。系統啟動時，數據從CF 卡存儲器加載到主板 RAM 內存中。CF 卡存儲器安裝在主計算機背面左下方，如圖5 所示。

圖4 ABB 工業機器人控制系統硬件組成

圖5 CF 卡的安裝位置

2 常見故障排除

多年來，在維修ABB 工業機器人的實踐中，發現電源模塊、示教器和伺服驅動部分出現的故障較多，總結歸納，列出ABB 工業機器人常見的一些故障及排除方法。故障原因多種多樣，一個故障可能會引起多種癥狀，故障排除時需要對癥下藥。

2.1 電源模塊的故障排除方法（表1）

表1 電源模塊的故障排除方法

2.2 示教器的故障排除方法（表2）

表2 示教器的故障排除方法

2.3 伺服驅動模塊的故障排除方法（表3）

表3 伺服驅動模塊的故障排除方法

3 ABB 機器人控制系統特殊故障排除實例

ABB 工業機器人控制系統特殊故障需采用特殊方法來進行處理，下面對兩個特殊故障進行分析，并對故障排除方法進行詳細描述。

3.1 故障實例一

3.1.1 故障現象描述

三一工業職業技術學院的1 臺ABB 工業機器人，型號為IRB1600。在系統啟動過程中，示教器界面出現提示“Connecting to be robot Controller”，如圖6 所示。這個提示的含義是，“正在連接機器人控制器”，系統啟動一直停留在此界面不再繼續往下運行。

3.1.2 故障分析及處理

根據前面的故障現象描述可以知道，示教器在啟動過程中，無法與機器人控制器主計算機發生通信，導致系統無法進入正常的Windows 啟動界面。涉及到該故障的元器件有示教器、主計算機及示教器與主計算機之間的通信電纜。首先，對示教器進行檢查，反復觀察示教器啟動時出現的提示信息，示教器能夠正常顯示自檢信息及通信網址，由此，初步可以排除示教器本身的問題。其次，檢查通信電纜，用萬用表對電纜各引腳逐個進行測量，所有連線均完好，于是可以排除通信電纜的故障。

通過前面的分析和檢查，可以判斷故障發生在主計算機本身。主計算機的故障既可能是軟件故障，也可能是硬件故障，如何判斷是軟件故障還是硬件故障，這是一個難題。首先，根據主計算機上的LED 狀態指示燈來判斷主計算機硬件是否正常，電源指示燈正常點亮，表示主計算機電源正常，主板狀態指示燈在開機過程中先是紅燈閃爍，后變為綠燈閃爍，最后綠燈常亮，初步說明計算機主板沒有問題。用一臺筆記本電腦與控制器主計算機進行連接，網絡端口的指示燈正常閃爍，筆記本電腦上網設為自動搜索網址，點“在線”和“一鍵連接”后，顯示硬件已連接，但屏幕提示“服務器端口未發現控制器”，進一步判斷主計算機硬件正常，基本上可以認為是軟件故障。

圖6 示教器顯示界面

在前面已經介紹過，控制器主計算機的軟件是裝在一個CF卡上。怎樣確定是軟件或CF 卡故障呢，這又是一個難題，首先，觀察開機程序引導LED 指示燈，正常情況下，開機過程中LED指示燈閃爍，開機完成后燈滅。而實際發現開機過程中此燈不閃爍，則可能是軟件或存儲卡故障。接下來就是判斷是軟件被破壞還是CF 卡損壞。

檢查CF 上文件，CF 卡上的文件可以正常讀取，說明CF 卡本身是完好的，問題應該出在系統啟動軟件（開機程序）上，系統啟動軟件損壞將導致系無法正常啟動。系統軟件作為用戶一般沒有辦法進行安裝，與廠家服務人員進行聯系，廠家服務人員回復需更換包含軟件的CF 卡，這個CF 卡價格近7000 元。如果從廠家購買CF 卡，一方面要耽誤時間，另一方面還需支付一定的費用。尋找即不花錢又能很快進行修復的辦法，公司另一個事業部，有相同型號的機器人，考慮可以利用這臺完好機器人的CF卡來制作一個系統，CF 卡分為C 盤和D 盤，其中C 盤為系統盤。首先，用Ghost 鏡像軟件對C 盤進行恢復，故障依舊，沒有成功。接下來，將兩個CF 卡同時裝在筆記本電腦上，用Ghost 鏡像軟件進行整盤鏡像，將完好CF 的系統完整克隆到故障CF 卡中。將修復的CF 卡插入主計算機中，開啟機器人，系統能夠正常啟動，并運行正常，故障成功排除。

3.2 故障實例二

3.2.1 故障現象描述

三一汽車起重機公司一臺筒體切割ABB 工業機器人，型號為IRB2400。開機時示教器大屏幕中間部分顯示“Welcome to ABB”表示“進入ABB 歡迎界面”。同時，屏幕上方狀態欄顯示故障報警“系統故障System004（192.168.133.1）”，如圖7 所示。系統可以完成啟動，但無法進入正常的機器人應用界面。

圖7 示教器顯示界面

3.2.2 故障分析及處理

從故障報警畫面可以看出，機器人Windows 系統啟動已完成，進入工業機器人的操作界面時，出現系統故障報警。這意味著機器人應用系統System004 沒有啟動。有可能System004 系統參數已損壞或丟失，需要重新恢復應用系統參數。一般在機器人CF 存貯卡中都有應用系統備份參數和出廠時安裝的原始系統參數。

恢復應用系統參數通常采用以下二種方法：

（1）關機重啟系統，采用B-啟動，重新啟動之后，系統將使用上次成功關機的映像文件的備份。

（2）關機重啟系統，采用I-啟動，重新啟動之后，系統參數和其它設置會從出廠時的原始安裝系統中讀取，系統將返回到出廠時的原始狀態。

采用以上兩種方法恢復應用系統均無效，這說明備份參數及出廠時原始參數均損壞或丟失。按通常的方法無法修復此故障，該如何處理，這又給我們出了一道難題，這時嘗試使用RobotStudio 來創建一個新的系統。RobotStudio 是ABB 工業機器人的專用軟件，主要用于離線創建應用系統、程序編輯和模擬機器人單元。具體操作步驟如下：

（1）用一臺裝有RobotStudio 軟件的電腦，創建一個新的系統“New”。電腦用網線與機器人主計算機連接。

（2）啟動軟件，點擊“在線”，再點擊“系統生成器”進入機器人系統生成器。

（3）選擇新的系統“New”，點擊“將系統下載到控制器”，點擊“控制器IP 地址”，點擊連接測試，連接成功。

（4）點擊“傳輸”，出現提示畫面“正在創建系統打包，請等待”。

（5）系統安裝完成，重啟系統。

通過以上操作，機器人應用系統恢復正常，故障得以排除。

4 結束語

綜上所述，為迅速準確排除工業機器人的故障，可遵循以下基本原則。

（1）認真學習和掌握工業機器人控制系統的組成及功能，為使用與維修機器人提供理論依據。

（2）對于工業機器人經常出現的故障要善于歸納和總結，分析產生原因，找出對策，快速排除故障。

（3）遇到特殊故障時，不要按照常規方法，等待廠家維修，而要發揮維修人員的創新精神，勇于探索，攻克難關，減少故障對生產造成的影響，創造更大的經濟效益。