工業(yè)機器人常見問題淺析

江智軒，陸群

昌河飛機工業(yè)（集團）有限責任公司 江西景德鎮(zhèn) 333002

1 序言

工業(yè)機器人近年來發(fā)展迅速，因其重復精度高、可靠性好等優(yōu)點，已經在汽車、電子及物流等多個領域得到廣泛應用[1]，常見的機器人品牌有KUKA、ABB、FANUC、Yaskawa、SIASUN、埃斯頓和匯川等。隨著機器人應用的拓展與深入，工業(yè)機器人開始進行各類復雜系統(tǒng)集成，應用領域越發(fā)寬廣，如澆筑、鉆孔、鉆鉚及磨削等。機器人集成的柔性自動化系統(tǒng)在航空航天領域也開始應用，可逐漸實現(xiàn)無人化與智能化，提高生產效率。

2 ABB機器人零點丟失故障

一臺ABB機器人應用于火焰噴涂表面處理領域，如圖1所示。設備開機后機器人示教器上顯示“SMB串口測量板后備電池已丟失，機器人轉數(shù)計數(shù)器數(shù)據(jù)丟失”，機器人無法執(zhí)行動作，報警信息如圖2所示。

圖1 ABB機器人

圖2 機器人示教器報警

2.1 故障原因分析

ABB機器人使用的編碼器為單圈絕對值編碼器，即編碼器能實時反饋電動機在一圈內的位置信息，單圈內的位置信息不需要額外供電存儲。由于減速機/齒輪箱的存在，機器人的某個軸旋轉180°時電動機已經旋轉了幾十圈，電動機旋轉超過一圈，編碼器發(fā)出的位置又從零開始，故對于單圈絕對值編碼器，還需要一個設備對電動機旋轉圈數(shù)進行計數(shù)。

SMB板具有兩個作用，一是模數(shù)轉化，將編碼器（Resolver）傳過來的模擬量信號轉化為數(shù)字信號；二是對電動機圈數(shù)進行計數(shù)[2]。而電動機圈數(shù)在SMB板中存儲需要電源，在機器人控制柜開啟時，由控制柜給SMB板供電；在關閉控制柜時，則由SMB板上的電池進行供電。

分析故障原因，可能由于電源不穩(wěn)定或其他原因，會導致電動機旋轉的圈數(shù)丟失。拆卸機器人本體下方SMB板上的電池，進行測量后確認故障原因是因電池電量不足而導致轉數(shù)計數(shù)器數(shù)據(jù)丟失。

由于機器人電動機單圈編碼器反饋的存儲不需要電池，即機器人電動機單圈參考位置正確，故在人工移動機器人各軸到刻度位后的“轉數(shù)計數(shù)器更新”不會影響機器人的精度。

2.2 故障處理

1）首先更換SMB板上的電池，完成后進行各軸零位校準工作。

2）以單軸運動模式手動移動機器人的各關節(jié)至零位刻度線，此時一定要以機器人本體的刻度線為準，示教器顯示的數(shù)據(jù)可能已經混亂。在現(xiàn)場如果不能使所有軸同時移動到刻度位，則可根據(jù)實際情況先移動某一單軸。

3）進行示教器→校準→轉數(shù)計數(shù)器→更新轉數(shù)計數(shù)器操作，完成單軸零位校準。

4）依次完成A1～A6軸零位校準。

3 KUKA機器人碰撞零點丟失故障

一臺倒掛式KUKA機器人用于在自動化產線上進行零件上下料工作，如圖3所示。在初期調試過程中因A1軸軟限位參數(shù)設置不當而導致機器人在運動過程中發(fā)生了碰撞，A4軸電動機損壞，傳動桿彎曲，如圖4所示。

圖3 KUKA機器人

圖4 A4軸電動機損壞和傳動桿彎曲

KUKA機器人各軸伺服電動機使用的編碼器為旋轉變壓器，編碼器信號連接至機器人本體下方的RDC，RDC將編碼器的模擬量信號轉換成數(shù)字量信號傳輸至控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)識別并記錄機器人各軸當前位置。

（1）單軸零點校準 針對碰撞故障，取下A4軸電動機及連接桿進行更換。完成A4軸電動機及連桿更換后，A4、A5、A6軸零點位置數(shù)據(jù)丟失，需要重新校準，此時可使用KUKA專用的零點校準儀器EMD對機器人A4、A5、A6軸機械零點進行校準[3]。單軸零位校準步驟如下。

1）通過示教器手動操作機器人該軸移動至預零點標定位置，如圖5所示。

圖5 預零點標定位置

2）操作示教器點擊主菜單選擇投入運行→零點標定→EMD→帶負載校正→首次零點標定。

3）從窗口中選定的軸上取下測量筒的防護蓋，將EMD擰到測量筒上，如圖6所示。

圖6 安裝EMD

4）將測量導線一端連接到EMD，另一端連接到KUKA機器人接線盒的X32接口上。

5）在示教器上選擇需要校準的軸，點擊零點標定，起動運行機器人，此時機器人開始運動，如果EMD通過了測量切口的最低點，則已達到零點位置，機器人會自動停止，數(shù)值被控制系統(tǒng)儲存，單軸零點校準完成。

（2）軟限位參數(shù)修改 依次完成A4～A6軸零點校準工作。各軸校準后，對機器人A1軸軟限位參數(shù)進行修改，具體操作步驟如下。

1）進入專家模式。

2）點擊示教器主菜單→投入運行→售后服務→軟件限位開關→修改軟限位，如圖7所示。也可以進入文件R1-Mada-Machine，在文本中進行修改。

圖7 修改軟限位界面

3）根據(jù)現(xiàn)場應用情況，將原來的A1軸軟限位參數(shù)±185°修改至±40°（見圖8），避免再次出現(xiàn)碰撞情況。

圖8 軸軟限位參數(shù)修改

4 KUKA機器人安全報警故障

一臺KUKA機器人因長期未使用，開機后示教器出現(xiàn)初始化錯誤及安全模塊故障報警，如圖9所示。

圖9 初始化錯誤報警

針對故障，采取如下處理方法。

1）由于提示的是安全類報警，所以初步懷疑與外部安全信號異常有關。此時可以通過進入“投入運行”模式，判斷機器人外部安全線路是否存在問題。在投入運行模式下KUKA機器人可以在不連接外部回路或開關的情況下移動機器人。

2）通過在示教器主菜單中選擇投入運行→售后服務→投入運行模式，進入“投入運行”模式后機器人報警依然存在，確定故障來源于機器人自身控制系統(tǒng)，與外部安全回路無關。

3）通過報警提示，查找在CCU板（見圖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板備件后機器人設備恢復正常使用。

圖10 KUKA C4控制柜CCU板

5 結束語

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