工業(yè)機器人系統(tǒng)原理及運維管理

● 國網(wǎng)湖南供電服務中心（計量中心） 解玉滿 嚴向前

隨著工業(yè)4.0時代的到來，工業(yè)生產(chǎn)技術正向著自動化、智能化和綠色化的方向快速發(fā)展，越來越多的人工生產(chǎn)環(huán)節(jié)被機械結構所代替?？萍嫉母咚侔l(fā)展使得智能生產(chǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)的比重更大，而工業(yè)機器人這種面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器裝置越發(fā)閃亮于工業(yè)領域的舞臺。

機器人是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設備。它能自動執(zhí)行工作，靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行。因其作業(yè)的準確性和應對各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，其身影遍布工業(yè)領域的各行各業(yè)。

1 機器人系統(tǒng)的組成

機器人系統(tǒng)由機器人、作業(yè)對象及環(huán)境共同構成，其中包括機器人機械系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和感知系統(tǒng)四大部分。它們之間的關系如圖1所示。

圖1 機器人系統(tǒng)組成及關系

1.1 機械系統(tǒng)

機械系統(tǒng)包括機身、臂部、手腕、未端操作器。每一部分都有若干自由度，構成一個多自由度的機械系統(tǒng)。末端操作器是一個直接裝在手腕上的重要部件，它可以是兩手指或多手指的手爪，也可以是焊槍等作業(yè)工具。工業(yè)機器人機械系統(tǒng)的作用相當于人的身體（骨骼、手、臂、腿等）。

1.2 驅動系統(tǒng)

驅動系統(tǒng)主要是驅動機械系統(tǒng)動作的驅動裝置。根據(jù)驅動源的不同，驅動系統(tǒng)可分為電氣、液壓、氣壓3種以及把它們結合起來構成的綜合系統(tǒng)。該部分的作用相當于人的肌肉。

1.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的任務是根據(jù)機器人的作業(yè)指令程序及從傳感器反饋回來的信號，控制機器人的執(zhí)行機構，使其完成規(guī)定的運動和功能?？刂葡到y(tǒng)主要由計算機硬件和軟件2部分組成，軟件主要由人和機器人關聯(lián)的人機交互系統(tǒng)和控制算法等組成。該部分的作用相當于人的大腦。

1.4 感知系統(tǒng)

感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器和外部傳感器組成，其作用是獲取機器人內(nèi)部和外部的環(huán)境信息，并把這些信息反饋給控制系統(tǒng)。外部傳感器用于檢測機器人與周圍環(huán)境的一些狀態(tài)變量，如距離、接近程度和接觸情況等，用于引導機器人，便于其識別物體并做出相應的處理；內(nèi)部傳感器用于檢測各關節(jié)的位置、速度等變量，為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供信息，該部分的作用相當于人的五官。

2 日常維護及注意事項

2.1 電氣部分

當需要在電氣柜的內(nèi)部進行維修工作時，必須切斷電氣柜的主電源。注意：即使切斷了主開關的電源，從其他外部設備連接過來的橙色電纜同樣可能帶電。

檢查每個急停按鈕。先按下，再松開，檢查安全急停觸發(fā)和釋放功能是否正常。

檢查移動電纜的拖鏈/保護套管是否磨損或損壞。如果有必要，及時更換。

2.2 控制部分

在一個固定的周期內(nèi)對工業(yè)機器人進行檢修。這個周期取決于機器人的工作環(huán)境和生產(chǎn)條件。如果檢查發(fā)現(xiàn)控制器件上有臟物、灰塵、凝露或是其他污染物，必須找到原因。有灰塵的、潮濕的或是被污染了的控制器件必須及時更換，除非它們可以通過真空吸塵器或是擦拭進行清除。禁止使用壓縮空氣清潔電氣元件，因為有可能導致灰塵進入設備其他地方。

2.3 電線和電纜

絕緣、連接和清潔是系統(tǒng)接線最主要的注意點。有很多種情況可能造成絕緣磨損，導致短路的發(fā)生。例如，由熱破壞造成的電纜絕緣破損；因暴露在油和化學品中，由絕緣軟化造成的電纜膨脹和破裂。

2.4 接近開關

翻轉臺上的電表檢測信息由接近開關采集。接近開關應該牢固安裝，遠離臟物、油污和碎屑，并且不能直接接觸機械裝置或托盤。

通過移動支架調(diào)整接近開關的安裝位置，使其達到正常的檢測距離，以確保接近開關檢測信號的穩(wěn)定可靠。

2.5 光電開關

拆碼垛機器人夾具上安裝了若干個光電開關，它的發(fā)射鏡頭需要用柔軟的干布進行定期清潔，禁止使用溶劑和清洗液。如果光電開關損壞，需要及時更換。

2.6 機器人處理器

系統(tǒng)的維護主要考慮主板電池的更換和程序的備份。在控制柜主電源關斷的情況下，主板電池可以保存系統(tǒng)的BIOS信息和各軸的位置數(shù)據(jù)。因此，需要定期更換電池。

3 故障處理及注意事項

注意處理任何故障均須將機器人撥至手動狀態(tài)，禁止在自動狀態(tài)下處理故障，以免造成嚴重的人身傷害或死亡。

處理故障前，如果機器人處于自動工作模式，需通過鑰匙開關將工作模式由自動模式切換到手動減速模式（選擇手動操作時，須確認鑰匙已經(jīng)撥到手動減速模式檔位。在任何情況下，不允許選擇手動全速模式）。處理故障時，應確認沒有其他人操作示教器，如果可以，需要隨身攜帶示教器。

（1）手動移動。選擇手動操作窗口，選擇合適的坐標系及運行模式，按下示教器上的使能鍵(半按使其處于中間位置)，參考屏幕提示，搖動方向操縱桿，可操縱機器人的運動。

（2）停止運行。在手動運行過程中，如需緊急停機，可直接松開使能鍵，也可按下示教器上的紅色急停按鈕。若非緊急狀況，建議首先按下示教器左下方的停止按鈕，再松開使能鍵。

4 結束語

在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機器人被廣泛地運用于自動生產(chǎn)線中，它的任務是協(xié)助或取代人類的工作，去完成那些單調(diào)、枯燥或是危險的工作，并且會提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。

要想跟上未來工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機器人技術是先進制造技術的代表。工業(yè)機器人正向著具有行走能力、具有多種感知能力、具有較強的對作業(yè)環(huán)境的自適應能力的智能化方向發(fā)展，因此智能工業(yè)機器人將成為未來的技術制高點和經(jīng)濟增長點。