工业机器人系统原理及运维管理

● 国网湖南供电服务中心（计量中心） 解玉满 严向前

随着工业4.0时代的到来，工业生产技术正向着自动化、智能化和绿色化的方向快速发展，越来越多的人工生产环节被机械结构所代替。科技的高速发展使得智能生产在工业生产中占据的比重更大，而工业机器人这种面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置越发闪亮于工业领域的舞台。

机器人是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。它能自动执行工作，靠自身动力和控制能力来实现各种功能。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行。因其作业的准确性和应对各种环境中完成作业的能力，其身影遍布工业领域的各行各业。

1 机器人系统的组成

机器人系统由机器人、作业对象及环境共同构成，其中包括机器人机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统四大部分。它们之间的关系如图1所示。

图1 机器人系统组成及关系

1.1 机械系统

机械系统包括机身、臂部、手腕、未端操作器。每一部分都有若干自由度，构成一个多自由度的机械系统。末端操作器是一个直接装在手腕上的重要部件，它可以是两手指或多手指的手爪，也可以是焊枪等作业工具。工业机器人机械系统的作用相当于人的身体（骨骼、手、臂、腿等）。

1.2 驱动系统

驱动系统主要是驱动机械系统动作的驱动装置。根据驱动源的不同，驱动系统可分为电气、液压、气压3种以及把它们结合起来构成的综合系统。该部分的作用相当于人的肌肉。

1.3 控制系统

控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序及从传感器反馈回来的信号，控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能。控制系统主要由计算机硬件和软件2部分组成，软件主要由人和机器人关联的人机交互系统和控制算法等组成。该部分的作用相当于人的大脑。

1.4 感知系统

感知系统由内部传感器和外部传感器组成，其作用是获取机器人内部和外部的环境信息，并把这些信息反馈给控制系统。外部传感器用于检测机器人与周围环境的一些状态变量，如距离、接近程度和接触情况等，用于引导机器人，便于其识别物体并做出相应的处理；内部传感器用于检测各关节的位置、速度等变量，为闭环控制系统提供信息，该部分的作用相当于人的五官。

2 日常维护及注意事项

2.1 电气部分

当需要在电气柜的内部进行维修工作时，必须切断电气柜的主电源。注意：即使切断了主开关的电源，从其他外部设备连接过来的橙色电缆同样可能带电。

检查每个急停按钮。先按下，再松开，检查安全急停触发和释放功能是否正常。

检查移动电缆的拖链/保护套管是否磨损或损坏。如果有必要，及时更换。

2.2 控制部分

在一个固定的周期内对工业机器人进行检修。这个周期取决于机器人的工作环境和生产条件。如果检查发现控制器件上有脏物、灰尘、凝露或是其他污染物，必须找到原因。有灰尘的、潮湿的或是被污染了的控制器件必须及时更换，除非它们可以通过真空吸尘器或是擦拭进行清除。禁止使用压缩空气清洁电气元件，因为有可能导致灰尘进入设备其他地方。

2.3 电线和电缆

绝缘、连接和清洁是系统接线最主要的注意点。有很多种情况可能造成绝缘磨损，导致短路的发生。例如，由热破坏造成的电缆绝缘破损；因暴露在油和化学品中，由绝缘软化造成的电缆膨胀和破裂。

2.4 接近开关

翻转台上的电表检测信息由接近开关采集。接近开关应该牢固安装，远离脏物、油污和碎屑，并且不能直接接触机械装置或托盘。

通过移动支架调整接近开关的安装位置，使其达到正常的检测距离，以确保接近开关检测信号的稳定可靠。

2.5 光电开关

拆码垛机器人夹具上安装了若干个光电开关，它的发射镜头需要用柔软的干布进行定期清洁，禁止使用溶剂和清洗液。如果光电开关损坏，需要及时更换。

2.6 机器人处理器

系统的维护主要考虑主板电池的更换和程序的备份。在控制柜主电源关断的情况下，主板电池可以保存系统的BIOS信息和各轴的位置数据。因此，需要定期更换电池。

3 故障处理及注意事项

注意处理任何故障均须将机器人拨至手动状态，禁止在自动状态下处理故障，以免造成严重的人身伤害或死亡。

处理故障前，如果机器人处于自动工作模式，需通过钥匙开关将工作模式由自动模式切换到手动减速模式（选择手动操作时，须确认钥匙已经拨到手动减速模式档位。在任何情况下，不允许选择手动全速模式）。处理故障时，应确认没有其他人操作示教器，如果可以，需要随身携带示教器。

（1）手动移动。选择手动操作窗口，选择合适的坐标系及运行模式，按下示教器上的使能键(半按使其处于中间位置)，参考屏幕提示，摇动方向操纵杆，可操纵机器人的运动。

（2）停止运行。在手动运行过程中，如需紧急停机，可直接松开使能键，也可按下示教器上的红色急停按钮。若非紧急状况，建议首先按下示教器左下方的停止按钮，再松开使能键。

4 结束语

在现代生产过程中，机器人被广泛地运用于自动生产线中，它的任务是协助或取代人类的工作，去完成那些单调、枯燥或是危险的工作，并且会提高劳动生产率和产品质量。

要想跟上未来工业的发展，工业机器人技术是先进制造技术的代表。工业机器人正向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的智能化方向发展，因此智能工业机器人将成为未来的技术制高点和经济增长点。