陸 雄

（湖南三一工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410129）

0 引言

人工智能的不斷發(fā)展，使工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用越來越廣，在三一集團(tuán)工業(yè)機(jī)器人也得到廣泛的使用。三一集團(tuán)主要有日本FANUC、日本神鋼、德國KUKA、德國CLOOS、瑞士ABB 等品牌工業(yè)機(jī)器人，使用數(shù)量達(dá)近千臺，其中ABB 工業(yè)機(jī)器人占了近1/5，ABB 工業(yè)機(jī)器人的外觀如圖1 所示。

圖1 ABB 工業(yè)機(jī)器人外觀

ABB 工業(yè)機(jī)器人以其高智能、高質(zhì)、高效，在生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。在使用過程中，仍然不可避免會發(fā)生一些故障，一旦發(fā)生故障，故障處理較為復(fù)雜，對維修人員的素質(zhì)要求很高，通常的做法是由廠家服務(wù)人員進(jìn)行維修處理，一方面維修費(fèi)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(yè)經(jīng)濟(jì)效益。針對這種情況，我們開始嘗試自主維修機(jī)器人，這些機(jī)器人的故障多發(fā)生于機(jī)器人控制系統(tǒng)。為此，對IRB 系列ABB 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)的組成及功能進(jìn)行全面深入的了解。在此基礎(chǔ)上，對常見的故障進(jìn)行總結(jié)歸納，用于指導(dǎo)日常維修工作，并對特殊故障進(jìn)行深入分析研究，為ABB 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的維修工作提供技術(shù)參考。

1 ABB 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)組成及功能

1.1 ABB 工業(yè)機(jī)器人的組成

如圖2 所示，ABB 工業(yè)機(jī)器人由示教器、IRC5 控制器和機(jī)器人本體三大部分組成。通過示教器和IRC5 控制器對機(jī)器人本體進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的操作，完成需要的功能。

圖2 ABB 工業(yè)機(jī)器人的組成

1.2 控制系統(tǒng)的基本組成及功能

IRB 系列ABB 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)主要由示教器、IRC5控制器及伺服電機(jī)三大部分組成，控制系統(tǒng)框圖如圖3 所示。伺服電機(jī)安裝于機(jī)器人本體上。

ABB 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心部分包括示教器和IRC5控制器。

圖3 ABB 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)框圖

示教器用于處理與機(jī)器人系統(tǒng)操作相關(guān)的許多功能：運(yùn)行程序、微動控制、修改機(jī)器人程序等。示教器本身也是一個完整的計算機(jī)，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(jī)、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(jī)器人的所有必要功能。

其中主計算機(jī)和伺服模塊是IRC5 控制器的兩個關(guān)鍵部分。主計算機(jī)包含主板和存儲單元，由主計算機(jī)完成對機(jī)器人功能的控制。驅(qū)動模塊接受主計算機(jī)的指令控制伺服電機(jī)的運(yùn)行，然后由機(jī)器人本體完成各項工作任務(wù)。

機(jī)器人所有軟件裝于CF 卡中，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，系統(tǒng)軟件主要由啟動系統(tǒng)（開機(jī)程序）和Windows 操作系統(tǒng)組成，是整個機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)行和操作平臺。系統(tǒng)啟動時，數(shù)據(jù)從CF 卡存儲器加載到主板 RAM 內(nèi)存中。CF 卡存儲器安裝在主計算機(jī)背面左下方，如圖5 所示。

圖4 ABB 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)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(yè)機(jī)器人的實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)電源模塊、示教器和伺服驅(qū)動部分出現(xiàn)的故障較多，總結(jié)歸納，列出ABB 工業(yè)機(jī)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(qū)動模塊的故障排除方法（表3）

表3 伺服驅(qū)動模塊的故障排除方法

3 ABB 機(jī)器人控制系統(tǒng)特殊故障排除實(shí)例

ABB 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)特殊故障需采用特殊方法來進(jìn)行處理，下面對兩個特殊故障進(jìn)行分析，并對故障排除方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

3.1 故障實(shí)例一

3.1.1 故障現(xiàn)象描述

三一工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的1 臺ABB 工業(yè)機(jī)器人，型號為IRB1600。在系統(tǒng)啟動過程中，示教器界面出現(xiàn)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(jī)器人控制器”，系統(tǒng)啟動一直停留在此界面不再繼續(xù)往下運(yùn)行。

3.1.2 故障分析及處理

根據(jù)前面的故障現(xiàn)象描述可以知道，示教器在啟動過程中，無法與機(jī)器人控制器主計算機(jī)發(fā)生通信，導(dǎo)致系統(tǒng)無法進(jìn)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(jī)及示教器與主計算機(jī)之間的通信電纜。首先，對示教器進(jìn)行檢查，反復(fù)觀察示教器啟動時出現(xiàn)的提示信息，示教器能夠正常顯示自檢信息及通信網(wǎng)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(jìn)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(fā)生在主計算機(jī)本身。主計算機(jī)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(jù)主計算機(jī)上的LED 狀態(tài)指示燈來判斷主計算機(jī)硬件是否正常，電源指示燈正常點(diǎn)亮，表示主計算機(jī)電源正常，主板狀態(tài)指示燈在開機(jī)過程中先是紅燈閃爍，后變?yōu)榫G燈閃爍，最后綠燈常亮，初步說明計算機(jī)主板沒有問題。用一臺筆記本電腦與控制器主計算機(jī)進(jìn)行連接，網(wǎng)絡(luò)端口的指示燈正常閃爍，筆記本電腦上網(wǎng)設(shè)為自動搜索網(wǎng)址，點(diǎn)“在線”和“一鍵連接”后，顯示硬件已連接，但屏幕提示“服務(wù)器端口未發(fā)現(xiàn)控制器”，進(jìn)一步判斷主計算機(jī)硬件正常，基本上可以認(rèn)為是軟件故障。

圖6 示教器顯示界面

在前面已經(jīng)介紹過，控制器主計算機(jī)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(jī)程序引導(dǎo)LED 指示燈，正常情況下，開機(jī)過程中LED指示燈閃爍，開機(jī)完成后燈滅。而實(shí)際發(fā)現(xiàn)開機(jī)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(yīng)該出在系統(tǒng)啟動軟件（開機(jī)程序）上，系統(tǒng)啟動軟件損壞將導(dǎo)致系無法正常啟動。系統(tǒng)軟件作為用戶一般沒有辦法進(jìn)行安裝，與廠家服務(wù)人員進(jìn)行聯(lián)系，廠家服務(wù)人員回復(fù)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(fèi)用。尋找即不花錢又能很快進(jìn)行修復(fù)的辦法，公司另一個事業(yè)部，有相同型號的機(jī)器人，考慮可以利用這臺完好機(jī)器人的CF卡來制作一個系統(tǒng)，CF 卡分為C 盤和D 盤，其中C 盤為系統(tǒng)盤。首先，用Ghost 鏡像軟件對C 盤進(jìn)行恢復(fù)，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(jìn)行整盤鏡像，將完好CF 的系統(tǒng)完整克隆到故障CF 卡中。將修復(fù)的CF 卡插入主計算機(jī)中，開啟機(jī)器人，系統(tǒng)能夠正常啟動，并運(yùn)行正常，故障成功排除。

3.2 故障實(shí)例二

3.2.1 故障現(xiàn)象描述

三一汽車起重機(jī)公司一臺筒體切割A(yù)BB 工業(yè)機(jī)器人，型號為IRB2400。開機(jī)時示教器大屏幕中間部分顯示“Welcome to ABB”表示“進(jìn)入ABB 歡迎界面”。同時，屏幕上方狀態(tài)欄顯示故障報警“系統(tǒng)故障System004（192.168.133.1）”，如圖7 所示。系統(tǒng)可以完成啟動，但無法進(jìn)入正常的機(jī)器人應(yīng)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(jī)器人Windows 系統(tǒng)啟動已完成，進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人的操作界面時，出現(xiàn)系統(tǒng)故障報警。這意味著機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)System004 沒有啟動。有可能System004 系統(tǒng)參數(shù)已損壞或丟失，需要重新恢復(fù)應(yīng)用系統(tǒng)參數(shù)。一般在機(jī)器人CF 存貯卡中都有應(yīng)用系統(tǒng)備份參數(shù)和出廠時安裝的原始系統(tǒng)參數(shù)。

恢復(fù)應(yīng)用系統(tǒng)參數(shù)通常采用以下二種方法：

（1）關(guān)機(jī)重啟系統(tǒng)，采用B-啟動，重新啟動之后，系統(tǒng)將使用上次成功關(guān)機(jī)的映像文件的備份。

（2）關(guān)機(jī)重啟系統(tǒng)，采用I-啟動，重新啟動之后，系統(tǒng)參數(shù)和其它設(shè)置會從出廠時的原始安裝系統(tǒng)中讀取，系統(tǒng)將返回到出廠時的原始狀態(tài)。

采用以上兩種方法恢復(fù)應(yīng)用系統(tǒng)均無效，這說明備份參數(shù)及出廠時原始參數(shù)均損壞或丟失。按通常的方法無法修復(fù)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(chuàng)建一個新的系統(tǒng)。RobotStudio 是ABB 工業(yè)機(jī)器人的專用軟件，主要用于離線創(chuàng)建應(yīng)用系統(tǒng)、程序編輯和模擬機(jī)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(chuàng)建一個新的系統(tǒng)“New”。電腦用網(wǎng)線與機(jī)器人主計算機(jī)連接。

（2）啟動軟件，點(diǎn)擊“在線”，再點(diǎn)擊“系統(tǒng)生成器”進(jìn)入機(jī)器人系統(tǒng)生成器。

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

（4）點(diǎn)擊“傳輸”，出現(xiàn)提示畫面“正在創(chuàng)建系統(tǒng)打包，請等待”。

（5）系統(tǒng)安裝完成，重啟系統(tǒng)。

通過以上操作，機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)恢復(fù)正常，故障得以排除。

4 結(jié)束語

綜上所述，為迅速準(zhǔn)確排除工業(yè)機(jī)器人的故障，可遵循以下基本原則。

（1）認(rèn)真學(xué)習(xí)和掌握工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成及功能，為使用與維修機(jī)器人提供理論依據(jù)。

（2）對于工業(yè)機(jī)器人經(jīng)常出現(xiàn)的故障要善于歸納和總結(jié)，分析產(chǎn)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(guī)方法，等待廠家維修，而要發(fā)揮維修人員的創(chuàng)新精神，勇于探索，攻克難關(guān)，減少故障對生產(chǎn)造成的影響，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。