江智軒，陸群

昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 江西景德鎮(zhèn) 333002

1 序言

工業(yè)機(jī)器人近年來發(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、電子及物流等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]，常見的機(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)器人開始進(jìn)行各類復(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化系統(tǒng)在航空航天領(lǐng)域也開始應(yīng)用，可逐漸實(shí)現(xiàn)無人化與智能化，提高生產(chǎn)效率。

2 ABB機(jī)器人零點(diǎn)丟失故障

一臺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)備開機(jī)后機(jī)器人示教器上顯示“SMB串口測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)器人無法執(zhí)行動作，報警信息如圖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值編碼器，即編碼器能實(shí)時反饋電動機(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。由于減速機(jī)/齒輪箱的存在，機(jī)器人的某個軸旋轉(zhuǎn)180°時電動機(jī)已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了幾十圈，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)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(shè)備對電動機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

SMB板具有兩個作用，一是模數(shù)轉(zhuǎn)化，將編碼器（Resolver）傳過來的模擬量信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；二是對電動機(jī)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)[2]。而電動機(jī)圈數(shù)在SMB板中存儲需要電源，在機(jī)器人控制柜開啟時，由控制柜給SMB板供電；在關(guān)閉控制柜時，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，會導(dǎo)致電動機(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)器人電動機(jī)單圈編碼器反饋的存儲不需要電池，即機(jī)器人電動機(jī)單圈參考位置正確，故在人工移動機(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)動模式手動移動機(jī)器人的各關(guān)節(jié)至零位刻度線，此時一定要以機(jī)器人本體的刻度線為準(zhǔn)，示教器顯示的數(shù)據(jù)可能已經(jīng)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(shí)際情況先移動某一單軸。

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)。

3 KUKA機(jī)器人碰撞零點(diǎn)丟失故障

一臺倒掛式KUKA機(jī)器人用于在自動化產(chǎn)線上進(jìn)行零件上下料工作，如圖3所示。在初期調(diào)試過程中因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)動過程中發(fā)生了碰撞，A4軸電動機(jī)損壞，傳動桿彎曲，如圖4所示。

圖3 KUKA機(jī)器人

圖4 A4軸電動機(jī)損壞和傳動桿彎曲

KUKA機(jī)器人各軸伺服電動機(jī)使用的編碼器為旋轉(zhuǎn)變壓器，編碼器信號連接至機(jī)器人本體下方的RDC，RDC將編碼器的模擬量信號轉(zhuǎn)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(jī)器人各軸當(dāng)前位置。

（1）單軸零點(diǎn)校準(zhǔn) 針對碰撞故障，取下A4軸電動機(jī)及連接桿進(jìn)行更換。完成A4軸電動機(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)，此時可使用KUKA專用的零點(diǎn)校準(zhǔn)儀器EMD對機(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）通過示教器手動操作機(jī)器人該軸移動至預(yù)零點(diǎn)標(biāo)定位置，如圖5所示。

圖5 預(yù)零點(diǎn)標(biāo)定位置

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量筒的防護(hù)蓋，將EMD擰到測量筒上，如圖6所示。

圖6 安裝EMD

4）將測量導(dǎo)線一端連接到EMD，另一端連接到KUKA機(jī)器人接線盒的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，起動運(yùn)行機(jī)器人，此時機(jī)器人開始運(yùn)動，如果EMD通過了測量切口的最低點(diǎn)，則已達(dá)到零點(diǎn)位置，機(jī)器人會自動停止，數(shù)值被控制系統(tǒng)儲存，單軸零點(diǎn)校準(zhǔn)完成。

（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，對機(jī)器人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。

圖7 修改軟限位界面

3）根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)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(jī)器人安全報警故障

一臺KUKA機(jī)器人因長期未使用，開機(jī)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(guān)。此時可以通過進(jìn)入“投入運(yùn)行”模式，判斷機(jī)器人外部安全線路是否存在問題。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關(guān)的情況下移動機(jī)器人。

2）通過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)器人報警依然存在，確定故障來源于機(jī)器人自身控制系統(tǒng)，與外部安全回路無關(guān)。

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(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

目前來說，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)。