ABB 工业机器人控制系统故障分析及排除方法

陆 雄

（湖南三一工业职业技术学院，湖南长沙 410129）

0 引言

人工智能的不断发展，使工业机器人的应用越来越广，在三一集团工业机器人也得到广泛的使用。三一集团主要有日本FANUC、日本神钢、德国KUKA、德国CLOOS、瑞士ABB 等品牌工业机器人，使用数量达近千台，其中ABB 工业机器人占了近1/5，ABB 工业机器人的外观如图1 所示。

图1 ABB 工业机器人外观

ABB 工业机器人以其高智能、高质、高效，在生产中发挥着越来越重要的作用。在使用过程中，仍然不可避免会发生一些故障，一旦发生故障，故障处理较为复杂，对维修人员的素质要求很高，通常的做法是由厂家服务人员进行维修处理，一方面维修费用较高，另一方面维修的及时性无法得到保障，直接影响企业经济效益。针对这种情况，我们开始尝试自主维修机器人，这些机器人的故障多发生于机器人控制系统。为此，对IRB 系列ABB 工业机器人的控制系统的组成及功能进行全面深入的了解。在此基础上，对常见的故障进行总结归纳，用于指导日常维修工作，并对特殊故障进行深入分析研究，为ABB 工业机器人控制系统的维修工作提供技术参考。

1 ABB 工业机器人控制系统组成及功能

1.1 ABB 工业机器人的组成

如图2 所示，ABB 工业机器人由示教器、IRC5 控制器和机器人本体三大部分组成。通过示教器和IRC5 控制器对机器人本体进行控制，实现机器人的操作，完成需要的功能。

图2 ABB 工业机器人的组成

1.2 控制系统的基本组成及功能

IRB 系列ABB 工业机器人控制系统主要由示教器、IRC5控制器及伺服电机三大部分组成，控制系统框图如图3 所示。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。

图3 ABB 工业机器人控制系统框图

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，如图4 所示。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5 所示。

图4 ABB 工业机器人控制系统硬件组成

图5 CF 卡的安装位置

2 常见故障排除

多年来，在维修ABB 工业机器人的实践中，发现电源模块、示教器和伺服驱动部分出现的故障较多，总结归纳，列出ABB 工业机器人常见的一些故障及排除方法。故障原因多种多样，一个故障可能会引起多种症状，故障排除时需要对症下药。

2.1 电源模块的故障排除方法（表1）

表1 电源模块的故障排除方法

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 伺服驱动模块的故障排除方法（表3）

表3 伺服驱动模块的故障排除方法

3 ABB 机器人控制系统特殊故障排除实例

ABB 工业机器人控制系统特殊故障需采用特殊方法来进行处理，下面对两个特殊故障进行分析，并对故障排除方法进行详细描述。

3.1 故障实例一

3.1.1 故障现象描述

三一工业职业技术学院的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“Connecting to be robot Controller”，如图6 所示。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。

3.1.2 故障分析及处理

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。

图6 示教器显示界面

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。首先，用Ghost 镜像软件对C 盘进行恢复，故障依旧，没有成功。接下来，将两个CF 卡同时装在笔记本电脑上，用Ghost 镜像软件进行整盘镜像，将完好CF 的系统完整克隆到故障CF 卡中。将修复的CF 卡插入主计算机中，开启机器人，系统能够正常启动，并运行正常，故障成功排除。

3.2 故障实例二

3.2.1 故障现象描述

三一汽车起重机公司一台筒体切割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 to ABB”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）”，如图7 所示。系统可以完成启动，但无法进入正常的机器人应用界面。

图7 示教器显示界面

3.2.2 故障分析及处理

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。

4 结束语

综上所述，为迅速准确排除工业机器人的故障，可遵循以下基本原则。

（1）认真学习和掌握工业机器人控制系统的组成及功能，为使用与维修机器人提供理论依据。

（2）对于工业机器人经常出现的故障要善于归纳和总结，分析产生原因，找出对策，快速排除故障。

（3）遇到特殊故障时，不要按照常规方法，等待厂家维修，而要发挥维修人员的创新精神，勇于探索，攻克难关，减少故障对生产造成的影响，创造更大的经济效益。