工業(yè)機(jī)器人常見(jiàn)問(wèn)故障分析與處理

對(duì)機(jī)器人設(shè)備在使用過(guò)程中出現(xiàn)的如零點(diǎn)丟失、安全報(bào)警等常見(jiàn)問(wèn)題及解決過(guò)程進(jìn)行闡述說(shuō)明。

1序言

工業(yè)機(jī)器人近年來(lái)發(fā)展迅速，因其重復(fù)精度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在汽車(chē)、電子及物流等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]，常見(jiàn)的機(jī)器人品牌有KUKA、ABB、FANUC、Yaskawa、SIASUN、埃斯頓和匯川等。隨著機(jī)器人應(yīng)用的拓展與深入，工業(yè)機(jī)器人開(kāi)始進(jìn)行各類(lèi)復(fù)雜系統(tǒng)集成，應(yīng)用領(lǐng)域越發(fā)寬廣，如澆筑、鉆孔、鉆鉚及磨削等。機(jī)器人集成的柔性自動(dòng)化系統(tǒng)在航空航天領(lǐng)域也開(kāi)始應(yīng)用，可逐漸實(shí)現(xiàn)無(wú)人化與智能化，提高生產(chǎn)效率。

2ABB機(jī)器人零點(diǎn)丟失故障

一臺(tái)ABB機(jī)器人應(yīng)用于火焰噴涂表面處理領(lǐng)域，如圖1所示。設(shè)備開(kāi)機(jī)后機(jī)器人示教器上顯示“SMB串口測(cè)量板后備電池已丟失，機(jī)器人轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)丟失”，機(jī)器人無(wú)法執(zhí)行動(dòng)作，報(bào)警信息如圖2所示。

圖1 ABB機(jī)器人

圖2 機(jī)器人示教器報(bào)警

2.1 故障原因分析

ABB機(jī)器人使用的編碼器為單圈絕對(duì)值編碼器，即編碼器能實(shí)時(shí)反饋電動(dòng)機(jī)在一圈內(nèi)的位置信息，單圈內(nèi)的位置信息不需要額外供電存儲(chǔ)。由于減速機(jī)/齒輪箱的存在，機(jī)器人的某個(gè)軸旋轉(zhuǎn)180°時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了幾十圈，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)超過(guò)一圈，編碼器發(fā)出的位置又從零開(kāi)始，故對(duì)于單圈絕對(duì)值編碼器，還需要一個(gè)設(shè)備對(duì)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

SMB板具有兩個(gè)作用，一是模數(shù)轉(zhuǎn)化，將編碼器（Resolver）傳過(guò)來(lái)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；二是對(duì)電動(dòng)機(jī)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)[2]。而電動(dòng)機(jī)圈數(shù)在SMB板中存儲(chǔ)需要電源，在機(jī)器人控制柜開(kāi)啟時(shí)，由控制柜給SMB板供電；在關(guān)閉控制柜時(shí)，則由SMB板上的電池進(jìn)行供電。

分析故障原因，可能由于電源不穩(wěn)定或其他原因，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)丟失。拆卸機(jī)器人本體下方SMB板上的電池，進(jìn)行測(cè)量后確認(rèn)故障原因是因電池電量不足而導(dǎo)致轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)丟失。

由于機(jī)器人電動(dòng)機(jī)單圈編碼器反饋的存儲(chǔ)不需要電池，即機(jī)器人電動(dòng)機(jī)單圈參考位置正確，故在人工移動(dòng)機(jī)器人各軸到刻度位后的“轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器更新”不會(huì)影響機(jī)器人的精度。

2.2 故障處理

1）首先更換SMB板上的電池，完成后進(jìn)行各軸零位校準(zhǔn)工作。

2）以單軸運(yùn)動(dòng)模式手動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人的各關(guān)節(jié)至零位刻度線(xiàn)，此時(shí)一定要以機(jī)器人本體的刻度線(xiàn)為準(zhǔn)，示教器顯示的數(shù)據(jù)可能已經(jīng)混亂。在現(xiàn)場(chǎng)如果不能使所有軸同時(shí)移動(dòng)到刻度位，則可根據(jù)實(shí)際情況先移動(dòng)某一單軸。

3）進(jìn)行示教器→校準(zhǔn)→轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器→更新轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器操作，完成單軸零位校準(zhǔn)。

4）依次完成A1～A6軸零位校準(zhǔn)。

3KUKA機(jī)器人碰撞零點(diǎn)丟失故障

一臺(tái)倒掛式KUKA機(jī)器人用于在自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行零件上下料工作，如圖3所示。在初期調(diào)試過(guò)程中因A1軸軟限位參數(shù)設(shè)置不當(dāng)而導(dǎo)致機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生了碰撞，A4軸電動(dòng)機(jī)損壞，傳動(dòng)桿彎曲，如圖4所示。

圖3 KUKA機(jī)器人

圖4A4軸電動(dòng)機(jī)損壞和傳動(dòng)桿彎曲

KUKA機(jī)器人各軸伺服電動(dòng)機(jī)使用的編碼器為旋轉(zhuǎn)變壓器，編碼器信號(hào)連接至機(jī)器人本體下方的RDC，RDC將編碼器的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)傳輸至控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)識(shí)別并記錄機(jī)器人各軸當(dāng)前位置。

（1）單軸零點(diǎn)校準(zhǔn) 針對(duì)碰撞故障，取下A4軸電動(dòng)機(jī)及連接桿進(jìn)行更換。完成A4軸電動(dòng)機(jī)及連桿更換后，A4、A5、A6軸零點(diǎn)位置數(shù)據(jù)丟失，需要重新校準(zhǔn)，此時(shí)可使用KUKA專(zhuān)用的零點(diǎn)校準(zhǔn)儀器EMD對(duì)機(jī)器人A4、A5、A6軸機(jī)械零點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)[3]。單軸零位校準(zhǔn)步驟如下。

1）通過(guò)示教器手動(dòng)操作機(jī)器人該軸移動(dòng)至預(yù)零點(diǎn)標(biāo)定位置，如圖5所示。
2）操作示教器點(diǎn)擊主菜單選擇投入運(yùn)行→零點(diǎn)標(biāo)定→EMD→帶負(fù)載校正→首次零點(diǎn)標(biāo)定。
3）從窗口中選定的軸上取下測(cè)量筒的防護(hù)蓋，將EMD擰到測(cè)量筒上，如圖6所示。
4）將測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)一端連接到EMD，另一端連接到KUKA機(jī)器人接線(xiàn)盒的X32接口上。
5）在示教器上選擇需要校準(zhǔn)的軸，點(diǎn)擊零點(diǎn)標(biāo)定，起動(dòng)運(yùn)行機(jī)器人，此時(shí)機(jī)器人開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，如果EM通過(guò)了測(cè)量切口的最低點(diǎn)，則已達(dá)到零點(diǎn)位置，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)停止，數(shù)值被控制系統(tǒng)儲(chǔ)存，單軸零點(diǎn)校準(zhǔn)完成。

圖5 預(yù)零點(diǎn)標(biāo)定位置

圖6 安裝EMD

（2）軟限位參數(shù)修改 依次完成A4～A6軸零點(diǎn)校準(zhǔn)工作。各軸校準(zhǔn)后，對(duì)機(jī)器A1軸軟限位參數(shù)進(jìn)行修改，具體操作步驟如下。

1）進(jìn)入專(zhuān)家模式。
2）點(diǎn)擊示教器主菜單→投入運(yùn)行→售后服務(wù)→軟件限位開(kāi)關(guān)→修改軟限位，如圖7所示。也可以進(jìn)入文件R1-Mada-Machine，在文本中進(jìn)行修改。
3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，將原來(lái)的A 1軸軟限位參數(shù)±185°修改至±40°（見(jiàn)圖8），避免再次出現(xiàn)碰撞情況。

圖7 修改軟限位界面

圖8 軸軟限位參數(shù)修改

4KUKA機(jī)器人安全報(bào)警故障

一臺(tái)KUKA機(jī)器人因長(zhǎng)期未使用，開(kāi)機(jī)后示教器出現(xiàn)初始化錯(cuò)誤及安全模塊故障報(bào)警，如圖9所示。

圖9 初始化錯(cuò)誤報(bào)警

針對(duì)故障，采取如下處理方法。

1）由于提示的是安全類(lèi)報(bào)警，所以初步懷疑與外部安全信號(hào)異常有關(guān)。此時(shí)可以通過(guò)進(jìn)入“投入運(yùn)行”模式，判斷機(jī)器人外部安全線(xiàn)路是否存在問(wèn)題。在投入運(yùn)行模式下KUKA機(jī)器人可以在不連接外部回路或開(kāi)關(guān)的情況下移動(dòng)機(jī)器人。

2）通過(guò)在示教器主菜單中選擇投入運(yùn)行→售后服務(wù)→投入運(yùn)行模式，進(jìn)入“投入運(yùn)行”模式后機(jī)器人報(bào)警依然存在，確定故障來(lái)源于機(jī)器人自身控制系統(tǒng)，與外部安全回路無(wú)關(guān)。

3）通過(guò)報(bào)警提示，查找在CCU板（見(jiàn)圖10）上的SYS-X48接口。觀察CCU板狀態(tài)燈發(fā)現(xiàn)異常，判斷CCU板損壞，更換CCU板備件后機(jī)器人設(shè)備恢復(fù)正常使用。

圖10 KUKA C4控制柜CCU板

5結(jié)束語(yǔ)

目前來(lái)說(shuō)，機(jī)器人在投入正常運(yùn)行后故障率較低，但作為維護(hù)人員仍需要做好機(jī)器人的周期保養(yǎng)工作，按照機(jī)器人維保要求定期更換齒輪箱油液、蓄電池，檢測(cè)帶張緊力，以及定期進(jìn)行系統(tǒng)備份等工作，以保證機(jī)器人良好的運(yùn)行狀態(tài)。

審核編輯 ：李倩