机器人常见故障及失效分析：保障安全与效率的解决策略

本文主要介绍了机器人常见的故障，包括通信故障、控制柜故障、硬件故障等，并介绍了开展机器人的失效分析工作的步骤。为解决工业机器人在低温或高温环境下的性能异常，可采取温度适应性设计、温度补偿、环境控制等措施。为确保机器人安全、可靠、高效运行，需要进行线缆寿命试验。

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一、机器人常见故障有哪些？

机器人故障可分为机器人本体故障、控制系统故障、执行系统故障、驱动系统故障。本体故障主要有减速机故障、刚度失效、件变形等；控制系统故障主要有模块故障、接口故障等；执行系统故障主要有执行器故障、电源故障等；驱动系统故障主要有伺服电机故障、抱闸故障等。

机器人常见故障包括但不限于以下几种：

1.通信故障：如DeviceNet总线通信失败，可能是由于网线通讯异常、机器人配置错误或硬件故障导致的。

2.控制柜故障：例如接地不良，可能是由于控制柜漏电、信号干扰等。

3.硬件故障：如IO板烧坏，可能是由于CAN线问题、IO板短路等。

4.电机刹车失灵：可能是由于电机进油、IO板损坏、电机码盘撞坏。

5.噪声问题：如控制柜内异常振动产生噪声，可能是风扇问题。

6.电机过热：可能是由于环境温度过高、控制程序或负载变化、控制参数调整等导致的。

7.过载警告：可能是由于电机过载或驱动器过载。

8.本体异响：可能是由于过载或碰撞导致机械零部件松动。

9.超速警告：可能是外部轴速度过高。

10.润滑脂泄露：可能是由于外壳损坏、密封圈损坏、油封磨损等导致的。

除此之外，还有一些触摸屏、伺服驱动器、伺服电机、工业电脑、变频器等部件的常见故障，例如触摸屏不灵、驱动器报警、伺服电机卡死等。具体故障现象和处理方法可能因设备和品牌而异，建议咨询相关厂家或专业人士进行排查和维修。

二、机器人故障时，如何开展机器人的失效分析工作？

机器人失效分析流程包含故障模式信息调查、故障模式确认、故障定位、失效分析（非破坏性和破坏性）、失效机理确认、提出改善建议、提炼设计规则等。首先，与客户沟通，搜集机器人失效信息；然后确认机器人的故障现象和失效率等；明确故障后，通过定位手段定位机器人部件失效点；通过多种分析手段对失效点进行失效分析，确认失效模式，找到机器人失效根因；根据失效机理或原因，提出改进建议并跟踪效果；后撰写机器人失效分析报告。

当机器人发生故障时，失效分析是一项非常重要的任务，可以帮助我们确定故障的原因并采取相应的措施进行修复。以下是开展机器人失效分析的一些步骤：

1.收集信息：首先需要收集有关机器人故障的所有相关信息，包括故障现象、故障时间、故障前的操作和环境条件等。此外，还需要收集机器人的设计、制造、维护和维修等相关信息。

2.检查机器人：对机器人进行全面检查，以确定故障的具体位置和原因。这可能需要拆卸机器人，检查其内部结构和部件。

3.分析故障原因：根据收集的信息和检查结果，分析故障的原因。这可能需要借助专业的工具和技术，例如显微镜、示波器、光谱仪等。

4.制定修复方案：根据故障原因，制定相应的修复方案。这可能涉及到更换损坏的部件、调整参数、升级软件或改善工作环境等措施。

5.实施修复：按照修复方案，实施修复工作。在修复过程中，需要确保机器人的安全性和稳定性，避免对人员和设备造成伤害或损坏。

6.记录和反馈：将故障分析过程和修复结果记录下来，以便将来参考和改进。同时，将故障信息和修复经验反馈给制造商或维修服务商，以便他们改进产品和提高服务质量。

总之，机器人失效分析是一项复杂且技术性强的任务，需要具备专业知识和技能。通过有效的失效分析，可以及时修复故障，提高机器人的可靠性和效率，减少停机时间和维修成本。

三、工业机器人在低温或高温环境下性能异常如何解决？

可使用环境试验箱，测试机器人在低温或高温环境下的环境适应性；也可使用HALT试验箱，采用低温步进或高温步进的方法寻找工作温度极限。

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工业机器人在低温或高温环境下工作时，可能会出现性能异常的情况，例如运动速度变慢、精度下降、控制系统不稳定等。这些问题会影响机器人的工作效率和使用寿命。为了解决这些问题，可以采取以下措施：

1.选择合适的机器人：在选择机器人时，要考虑其在不同温度环境下的性能和适应性。选择适合特定温度环境的机器人，可以提高工作效率和使用寿命。

2.温度控制：在机器人工作环境中，可以通过空调、加热器或其他方式控制温度，使其保持在适当的范围内。例如，在低温环境下，可以使用加热器对机器人进行预热，以提高其工作性能；在高温环境下，可以使用空调或冷却器对机器人进行降温，以避免过热。

3.机器人设计：在设计机器人时，可以考虑其对温度的适应性和稳定性。例如，使用特殊的材料和涂层，可以提高机器人的耐热性和耐寒性；采用热管理系统，可以对机器人的内部温度进行监控和控制。

4.软件优化：在机器人的控制软件中，可以增加温度补偿功能，以自动调整机器人的运动速度和精度等参数，以适应不同温度环境。

5.定期维护：定期对机器人进行维护和保养，可以及时发现和处理温度相关的故障问题。例如，检查和更换润滑油、润滑脂等，可以降低摩擦热对机器人性能的影响。

在低温或高温环境下，工业机器人可能会遇到性能异常的问题。具体来说，可能会出现材料脆化、器件失效等引起的外观、功能、性能异常。同时，温度较低时，机器人控制系统的电路板也会受到影响，因为电路板主要为半导体材料，半导体在低温环境下运行不稳定，可能会出现机器人控制系统死机或开启机器人时间长等问题。另外，一些工业机器人在低温环境中移动时，可能出现“关节负荷过高”及“动作监控”报警。

解决这些问题需要从结构和材料两方面入手：

1.选择适应低温或高温环境的材料和零部件，以确保其在极端气候条件下的稳定性和可靠性。例如，KUKA工业机器人的本体存储温度为-40～60℃，机器人本体运行温度为10～55℃。

2.针对机器人的特殊部件和系统，制定相应的防护措施。例如，可以在低温环境下向机器人齿轮的油脂中添加防冻剂。对于控制系统的电路板，可以考虑增加加热设备或者选择更适合低温环境的半导体材料。

除了这些应对措施，还需要进行专门的环境适应性测试，以确保工业机器人在各种环境条件下都能稳定工作。《工业机器人特殊气候环境可靠性要求和测试方法》（GB/T 39006-2020）规定了工业机器人特殊气候环境（如高温、低温、高湿、盐雾等）可靠性的要求和测试方法。通过测试和验证，可以进一步提高工业机器人的环境适应性和可靠性。

总之，工业机器人在低温或高温环境下工作时，需要采取一系列措施来保证其性能的稳定和可靠。这包括选择合适的机器人、温度控制、机器人设计、软件优化和定期维护等。通过这些措施，可以提高机器人的工作效率和使用寿命，减少故障和停机时间。

四、机器人为何要进行线缆寿命试验？

多维转动的机械臂在工作中线缆受到扭转或弯曲应力导致线缆故障，一旦线缆失效，将导致机械臂无法使用。进行线缆寿命试验，使用线缆弯曲或扭转试验设备，施加应力，可以验证线缆寿命是否满足使用要求。

机器人的线缆寿命试验非常重要，因为线缆是机器人系统中重要的组成部分之一，其性能直接影响到机器人的整体性能和可靠性。线缆寿命试验是评估电缆组件在长时间使用后是否会出现断裂、短路或其他故障的一种重要方法。以下是几个进行线缆寿命试验的原因：

1.确保安全性：机器人的线缆是电力和信号传输的重要通道，如果线缆出现故障或失效，可能会对机器人的运动和操作产生严重影响，甚至危及人身安全。因此，进行线缆寿命试验可以提前发现和解决潜在的安全隐患，确保机器人的安全性和可靠性。

2.评估可靠性：线缆的寿命直接影响到机器人的整体可靠性。如果线缆的寿命较短，需要频繁更换，将会增加机器人的维护成本和停机时间，影响生产效率。因此，通过线缆寿命试验可以评估机器人的整体可靠性和耐用性，为生产过程中的维护和更换提供依据。

3.提高性能：线缆的性能对机器人的整体性能有很大的影响。如果线缆的传输效率低下或信号不稳定，将会导致机器人的运动不准确、速度慢等问题。因此，进行线缆寿命试验可以发现和解决潜在的性能问题，提高机器人的整体性能和效率。

4.适应不同环境：机器人的使用环境多样，有些环境可能存在高温、低温、腐蚀等恶劣条件，对线缆的性能和寿命提出更高的要求。因此，进行线缆寿命试验可以评估线缆在不同环境下的适应性和可靠性，为机器人在不同环境下的稳定运行提供保障。

总之，机器人的线缆寿命试验是确保机器人安全、可靠、高效运行的重要手段之一。通过试验可以发现和解决潜在的问题，提高机器人的整体性能和适应能力，为生产过程中的维护和更换提供依据。

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本文总结了机器人常见故障包括电机过热、电源模块短路、控制器通讯问题等。失效分析工作可通过FMEA和FTA等方法进行，同时需注意预防性可靠性测试。低温或高温环境下，选择适应材料和零部件，并采取防护措施。线缆寿命试验可验证线缆的可靠性和耐久性，提高机器人整体性能和可靠性。