工業(yè)機(jī)器人常見問題淺析

對(duì)機(jī)器人設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)的如零點(diǎn)丟失、安全報(bào)警等常見問題及解決過程進(jìn)行闡述說明。

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(gè)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(dòng)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(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(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)超過一圈，編碼器發(fā)出的位置又從零開始，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）傳過來的模擬量信號(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，此時(shí)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(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)。

3    KUKA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(dòng)過程中發(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4 A4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量筒的防護(hù)蓋，將EMD擰到測量筒上，如圖6所示。
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(dòng)運(yùn)行機(jī)器人，此時(shí)機(jī)器人開始運(yùn)動(dòng)，如果EM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(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