IRB3400工业机器人死机故障诊断与维修
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[2010-1-06]
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我校FMC中心的柔性制造单元中采用了瑞典ABB公司的IRB3400型工业机器人。在一次正常的系统运行过程中，机器人突然死机，并发出报警信息20001（工作回路断开）和10010（马达关闭状态），当时没有其它异常现象。此后，每次开机时都出现六条错误，其中包括20001错误：压下电动机按钮后又出现七条错误，其中包含10010及开机时出现过的两条错误，机器人处于死机状态。
1 IRB3400工业机器人简介
IRB3400 系列机器人是瑞典ABB公司90年代的产品。根据手腕活动距离和夹持重量，分为三种规格。本系统使用的为IRB3400/1.95-30型，即机器人手腕中心与基座中心活动距离为1.95m，夹持重量为30kg。该机器人共有六个旋转自由度，本系统中由于机器人可在直线导轨上行走，因此，增加了一个行走自由度。机器人在柔性制造单元中主要负责加工机床的装卸料及工件在单元内的搬运工作。
2 故障分析与检查
由于故障是在正常操作过程中发生的，且死机时无异常现象，因而很难直接断定故障发生的原因。开机按下电动机按钮后共出现了11条错误信息，初步判断，这些错误中的某些信息是关联引起的，当其中的一些错误排除后，另一些会自动消失。我们对11条错误进行了总体研究，以其中的几条错误为突破口，逐个分析排除。
后备电池 开机时的条错误是38001错误（后备电池丧失）。后备电池指安装在机身上的四节可充电镍-镉电池。过去使用过程中也出现过该错误，错误发生后，机器人的原点信息将丢失，当时通过重新调整原点并对机器人开机充电一段时间，即可恢复正常。但是现在机器人死机，因而不能手动调整原点。由于机器人的后备电池已经有4年未更换，所以故障发生后，我们很快从ABB中国上海维修部购来4节新的电池换上，充电一段时间后开机，38001错误消失，但机器人仍不能动作。因此，可以判断，本次故障的主要原因不是由38001提示的错误引起的。
操作系统压下电动机按钮后的错误中有一条 33201错误（从计算机控制器上读取轴的信息时发生错误）。由于经常通过机器人的离线编程接口读入运行程序，所以应考虑机器人的控制计算机是否感染了病毒。在进行所有的诊断及维修过程中，也必须保证机器人操作系统处于正常状态。控制计算机用20M内存存放操作系统软件及有关数据，无硬盘。通过放电清空内存，完全安装控制软件，重新启动，发现错误信息与前面相同，所以，操作系统没有出现故障。
回路检查 开机及压下电动机按钮后都出现了10012错误（由某些安全保护设施导致的运行回路断开），它很可能与上面提到的20001和10010错误相关联，说明压下电动机按钮后工作回路处于开路状态，从而导致了机器人死机。因此，故障检查的重点放在了运行回路上。机器人控制回路中的安全功能包括GS （General mode safeguarded）——一般模式保护，MS（Manual mode safeguarded）——手动模式保护，AS（Automatic mode safeguarded）——自动模式保护，ES（Emergency stop）——紧急停止等。我们根据用户手册提供的控制线路图对整个运行回路中的上述各环节进行了详细的检测，证明线路各接点连接完好，也没有发现安全保护用的各电器元件被烧坏的情况。对控制6轴的各伺服电动机进行测试，电动机处于正常状态。这样，对运行回路的初步检测没有发现异常。
各轴不同步 开机及压下电动机按钮后都出现的另一个错误是20032（机器人的一个或几个轴不同步）。正常情况下机器人关机前都自动停在Home位置，由于机器人死机时正在运行，因而保持着工作时的一个姿态，在原点信息丢失的情况下，出现20032错误是正常的。因此，该错误不应作为诊断和维修的重点。
驱动板测试 压下电动机按钮后出现的七条错误中最后三条均为39009错误（驱动单元i故障，i=1，2，6），显示驱动单元1、2、6存在问题。机器人六个轴的伺服电动机分别由六块驱动线路板控制，用专用工具卸下1、2、6三块驱动板，可以看到每块板在显著位置有一排功率管。通过简单测试，发现三块板上各有一个类型相同的功率管被击穿。因此，可以断定，驱动板1、2、6存在故障。
3 维修
三块驱动板是否还存在其它问题，我们没有进一步检测的手段。因此，我们立即与ABB中国上海维修部取得联系。经了解，驱动板烧毁后通常都是更换新板，维修部一般不对线路进行局部维修，而每块驱动板的价格最少也在15000元人民币以上。由于经费困难，我们决定自己先对驱动板进行简单维修。通过查询手册，找到损坏的功率管的对应国产管型号。换上新的管子，重新启动机器人，此时机器人可以在手动模式下动作。调整原点并存储后，机器人即可在自动模式下由程序控制运行。机器人处于完好状态。