ABB工业机器人控制系统故障分析及排除方法

ABB工业机器人控制系统故障分析及排除方法

叶亲钢

东莞市德勤教育科技有限公司 52300

摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，工业机器人的应用也越来越广泛。本文以ABB工业机器人为例，首先对机器人技术进行了概述，在掌握ABB工业机器人控制系统功能的基础上，总结归纳ABB工业机器人控制系统常见故障的发生原因及排除方法。重点分析研究特殊故障的排除方法，创新机器人维修思路。

关键词：ABB工业机器人；控制系统；故障分析；排除方法

引言

该课题经过建立独立的工作坐标系，通过以太网构成数据通信网络，通过工业机器人来完成轨迹的计算和跟踪，对研究机器人的运动控制系统具有比较好的指导意义。

1机器人技术的概述

机器人技术的控制系统结构主要包括：一是主从式控制。主从式控制是机器人技术的显著特征，例如弧焊机器人就是通过主从式控制方式实现作业，其利用2台计算机，一台计算机是整个机器人系统的管理者，另一台则实现对所有关节位置数值的控制；二是集中控制。集中控制属于较早的机器人控制结构，其对计算机的要求比较高。虽然集中控制能够降低企业生产成本，但是其运行效率比较慢，故障发生率较高，因此此种方式在现代工业领域中已经逐渐被淘汰；三是分布式控制。分布式控制是目前所广泛采取的一种方式，其主要是将机器人整个系统分为两级，有效运用上一级主控计算机实现对所有系统的管理，下一级的模块中则具有很多CPU，每一个关节都由一个处理器进行控制。

2ABB工业机器人控制系统功能

伺服电机安装于机器人本体上。ABB工业机器人控制系统的核心部分包括示教器和IRC5控制器。示教器用于处理与机器人系统操作相关的许多功能：运行程序、微动控制、修改机器人程序等。示教器本身也是一个完整的计算机，通过集成电缆和连接器与IRC5控制器连接。IRC5控制器主要由操作面板、主计算机、电源模块、整流模块、I/O模块及伺服模块等组成。IRC5控制器包含移动和控制机器人的所有必要功能。其中主计算机和伺服模块是IRC5控制器的两个关键部分。主计算机包含主板和存储单元，由主计算机完成对机器人功能的控制。驱动模块接受主计算机的指令控制伺服电机的运行，然后由机器人本体完成各项工作任务。机器人所有软件装于CF卡中，包括系统软件和应用软件，系统软件主要由启动系统（开机程序）和Windows操作系统组成，是整个机器人系统的运行和操作平台。系统启动时，数据从CF卡存储器加载到主板RAM内存中。CF卡存储器安装在主计算机背面左下方。如图1所示。

图 1 CF 卡的安装位置

3机器人技术控制系统软件架构

①操作系统。操作系统是实现对机器人系统控制的关键，在实际运行中必须要保证操作系统的功能达到最佳状态，考虑到铸造行业生产的特点，机器人控制系统采取windowsCE作为操作系统平台，之所以选择该系统主要是由于该系统具有实时性好、占用资源少、可靠性强以及兼容性好的优势。GUC多轴一体化控制器是整个机器人控制系统的核心，其主要功能就是根据用户的指令，输出控制信号，进而让机器人按照预先规划的轨迹完成作业。②软件技术与功能要求。在进行机器人控制系统之前需要明确机器人操作工艺的要求，也就是按照机器人应用要求进行设计。根据机器人在铸造生产领域的应用要求，需要机器人控制器软件达到以下功能，一是要控制机器人运动重复定位的精度，保证其控制在±0.5mm之内。机器人在运行的过程中避免动作幅度过大，尤其是作业速度不能低于现有水平。二是控制系统必须要满足实时性要求。三是手动操作系统与机器人自动操作系统软件必须要保证程序独立。根据机器人在铸造生产中的应用要求，机器人控制系统采取模块化设计方法，既：归零复位模块（机器人在完成操作后按照预定设计的程度保持固定位置的参考）、系统文件管理模块（主要是存储、读取机器人所有系统文件以及工作文件）、运行状态监控模块（是对机器人当前运行状态的显示、监控）、示教器模块、控制系统设计模块、系统备份与恢复模块等等，不同模块之间通过特定的程序接口实现连接。

4ABB机器人控制系统特殊故障排除实例

4.1故障实例一

本工业自动化实训中心的1台ABB工业机器人，型号为IRB1600。在系统启动过程中，示教器界面出现提示“Connect－ingtoberobotController”。这个提示的含义是，“正在连接机器人控制器”，系统启动一直停留在此界面不再继续往下运行。根据前面的故障现象描述可以知道，示教器在启动过程中，无法与机器人控制器主计算机发生通信，导致系统无法进入正常的Windows启动界面。涉及到该故障的元器件有示教器、主计算机及示教器与主计算机之间的通信电缆。首先，对示教器进行检查，反复观察示教器启动时出现的提示信息，示教器能够正常显示自检信息及通信网址，由此，初步可以排除示教器本身的问题。其次，检查通信电缆，用万用表对电缆各引脚逐个进行测量，所有连线均完好，于是可以排除通信电缆的故障。通过前面的分析和检查，可以判断故障发生在主计算机本身。主计算机的故障既可能是软件故障，也可能是硬件故障，如何判断是软件故障还是硬件故障，这是一个难题。首先，根据主计算机上的LED状态指示灯来判断主计算机硬件是否正常，电源指示灯正常点亮，表示主计算机电源正常，主板状态指示灯在开机过程中先是红灯闪烁，后变为绿灯闪烁，最后绿灯常亮，初步说明计算机主板没有问题。用一台笔记本电脑与控制器主计算机进行连接，网络端口的指示灯正常闪烁，笔记本电脑上网设为自动搜索网址，点“在线”和“一键连接”后，显示硬件已连接，但屏幕提示“服务器端口未发现控制器”，进一步判断主计算机硬件正常，基本上可以认为是软件故障。在前面已经介绍过，控制器主计算机的软件是装在一个CF卡上。怎样确定是软件或CF卡故障呢，这又是一个难题，首先，观察开机程序引导LED指示灯，正常情况下，开机过程中LED指示灯闪烁，开机完成后灯灭。而实际发现开机过程中此灯不闪烁，则可能是软件或存储卡故障。接下来就是判断是软件被破坏还是CF卡损坏。检查CF上文件，CF卡上的文件可以正常读取，说明CF卡本身是完好的，问题应该出在系统启动软件（开机程序）上，系统启动软件损坏将导致系无法正常启动。系统软件作为用户一般没有办法进行安装，与厂家服务人员进行联系，厂家服务人员回复需更换包含软件的CF卡，这个CF卡价格近7000元。如果从厂家购买CF卡，一方面要耽误时间，另一方面还需支付一定的费用。寻找即不花钱又能很快进行修复的办法，公司另一个事业部，有相同型号的机器人，考虑可以利用这台完好机器人的CF卡来制作一个系统，CF卡分为C盘和D盘，其中C盘为系统盘。

4.2故障实例二

本现代制造业实训中心有一台筒体切割 ABB 工业机器人，型号为 IRB2400。开机时示教器大屏幕中间部分显示“Welcome toABB”表示“进入 ABB 欢迎界面”。同时，屏幕上方状态栏显示故障报警“系统故障 System004（192.168.133.1）”。系统可以完成启动，但无法进入正常的机器人应用界面。从故障报警画面可以看出，机器人 Windows 系统启动已完成，进入工业机器人的操作界面时，出现系统故障报警。这意味着机器人应用系统 System004 没有启动。有可能 System004 系统参数已损坏或丢失，需要重新恢复应用系统参数。一般在机器人 CF 存贮卡中都有应用系统备份参数和出厂时安装的原始系统参数。恢复应用系统参数通常采用以下二种方法：（1）关机重启系统，采用 B-启动，重新启动之后，系统将使用上次成功关机的映像文件的备份。（2）关机重启系统，采用 I-启动，重新启动之后，系统参数和其它设置会从出厂时的原始安装系统中读取，系统将返回到出厂时的原始状态。采用以上两种方法恢复应用系统均无效，这说明备份参数及出厂时原始参数均损坏或丢失。按通常的方法无法修复此故障，该如何处理，这又给我们出了一道难题，这时尝试使用RobotStudio 来创建一个新的系统。RobotStudio 是 ABB 工业机器人的专用软件，主要用于离线创建应用系统、程序编辑和模拟机器人单元。具体操作步骤如下：（1）用一台装有 RobotStudio 软件的电脑，创建一个新的系统“New”。电脑用网线与机器人主计算机连接。（2）启动软件，点击“在线”，再点击“系统生成器”进入机器人系统生成器。（3）选择新的系统“New”，点击“将系统下载到控制器”，点击“控制器 IP 地址”，点击连接测试，连接成功。（4）点击“传输”，出现提示画面“正在创建系统打包，请等待”。（5）系统安装完成，重启系统。通过以上操作，机器人应用系统恢复正常，故障得以排除。

结语

综上所述，随着经济与科技的发展，工业机器人在技术、功能等方面上都越来越强大，已经从最初的简单控制发展到连续控制以及对复杂过程的控制，工业机器人的发展过程也是工业自动化程度不断提高的过程，在工业自动化时代，工业机器人技术拥有良好的发展前景。

参考文献

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［2］张日红，朱立学，杨松夏，陈创豪，李灿森．基于运动跟踪的工业机器人随动控制［J］．现代农业装备，2018(10)．

［3］杜立彬，刘岩，侯广利，孙继昌．随动式机器人测量技术研究与应用［J］．机械与电子，2006(06)．