工业机器人

工业机器人是非标自动化设备中常见的多轴执行系统。

它不是一个单独的“电机”或“机械臂”，而是一整套系统，通常包括：

机器人本体
+ 机器人控制柜
+ 示教器
+ 各轴伺服电机与编码器
+ 机器人程序
+ 末端执行器
+ 安全回路
+ 与PLC之间的通信和I/O

工业机器人常用于：

• 搬运

• 上下料

• 装配

• 码垛

• 点胶

• 焊接

• 喷涂

• 打磨

• 抛光

• 锁螺丝

• 视觉引导抓取

• 检测

• 分拣

• 包装

可以把它简单理解为：

工业机器人是一套可编程的、多自由度的运动执行机构，可以带着末端工具在三维空间中按照指定位置、姿态、速度和轨迹运动。

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一、工业机器人在设备中的作用是什么

工业机器人的核心作用是：

让末端执行器在三维空间中运动到指定位置和姿态，并完成抓取、搬运、加工或装配等动作。

例如搬运工件：

PLC通知机器人允许取料
→ 机器人运动到取料点
→ 机器人控制夹爪夹紧
→ 检测夹紧成功
→ 机器人抬起工件
→ 移动到放料点
→ 松开夹爪
→ 机器人返回等待位置
→ 通知PLC动作完成

机器人本体本身通常只负责运动。

真正完成工艺动作的是安装在机器人末端的工具，例如：

• 气动夹爪

• 电动夹爪

• 真空吸盘

• 焊枪

• 点胶阀

• 螺丝批

• 打磨主轴

• 相机

• 测量探头

• 切割工具

因此完整关系是：

机器人本体：负责把工具带到指定位置

末端执行器：负责真正接触和处理工件

PLC：负责整台设备的流程协调

机器人控制器：负责机器人各轴运动控制

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二、工业机器人与普通执行元件有什么区别

前面介绍的执行元件通常只完成较简单的运动。

气缸：
主要完成伸出、缩回

普通电机：
主要完成连续旋转

步进或伺服轴：
主要完成一个方向的位置运动

电动缸：
主要完成可编程直线运动

直线模组：
主要完成沿一条直线的搬运和定位

工业机器人则可以同时控制多个旋转轴或直线轴，使末端工具在三维空间中完成复杂运动。

例如六轴机器人：

第1轴：本体左右旋转
第2轴：大臂前后摆动
第3轴：小臂上下摆动
第4轴：手腕旋转
第5轴：手腕俯仰
第6轴：末端工具旋转

各轴协同后，末端工具可以控制：

X方向位置
Y方向位置
Z方向位置
绕X轴姿态
绕Y轴姿态
绕Z轴姿态

也就是：

3个位置自由度
+
3个姿态自由度
=
6个自由度

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三、工业机器人有哪些常见类型

“工业机器人”不是只有六轴机械臂。

不同结构适合不同任务。

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1. 六轴关节机器人

最常见的工业机器人类型之一。

结构类似人的手臂，通常有六个旋转关节。

适合：

• 搬运

• 上下料

• 焊接

• 喷涂

• 打磨

• 装配

• 复杂姿态抓取

优点：

• 自由度高

• 姿态灵活

• 可以绕过一定障碍

• 适合复杂三维动作

缺点：

• 编程和轨迹规划相对复杂

• 不同姿态下刚性、精度和负载能力不同

• 存在奇异点

• 工作空间不是规则长方体

• 价格通常高于简单直线模组

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2. SCARA机器人

SCARA常用于平面内高速装配和搬运。

典型结构：

水平旋转轴
+ 水平旋转轴
+ 垂直升降轴
+ 末端旋转轴

适合：

• 电子装配

• 插件

• 小零件搬运

• 锁螺丝

• 分拣

• 平面取放

优点：

• 速度快

• 平面定位效率高

• 占地较小

• 适合桌面式装配

缺点：

• 空间姿态能力不如六轴机器人

• 通常更适合平面作业

• 工作范围和安装方向相对固定

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3. Delta并联机器人

Delta机器人通常安装在输送线上方。

通过多根并联连杆高速控制末端位置。

适合：

• 食品分拣

• 药品包装

• 小件高速抓取

• 视觉跟踪

• 快速装盒

优点：

• 速度非常快

• 加速度高

• 运动部件轻

• 适合高速拾取

缺点：

• 负载通常较小

• 工作空间有限

• 姿态控制能力有限

• 机构和标定比较特殊

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4. 码垛机器人

通常为四轴或五轴结构，重点优化：

• 大工作半径

• 较大负载

• 垂直搬运

• 箱体、袋装物码垛

优点：

• 工作范围大

• 搬运负载大

• 适合规则码垛

缺点：

• 姿态灵活性通常不如六轴机器人

• 不适合特别复杂的装配动作

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5. 协作机器人

协作机器人通常设计为可在人机共享空间内工作，但不代表任何情况下都绝对安全。

特点通常包括：

• 关节转矩检测

• 碰撞检测

• 速度和力限制

• 拖动示教

• 编程相对简单

• 本体较轻

适合：

• 小批量装配

• 机床上下料

• 实验室自动化

• 简单搬运

• 人机协同工位

需要特别注意：

协作机器人本体具备一定安全功能，不等于安装任何末端工具后都可以不做围栏和风险评估。

例如末端安装：

• 尖锐工具

• 高温焊枪

• 高速旋转主轴

• 重型工件

• 强力夹爪

即使机器人本体是协作型，整个应用也可能仍然具有较高风险。

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6. 笛卡尔机器人

笛卡尔机器人通常由多根直线模组组合而成，例如：

X轴
+ Y轴
+ Z轴

适合：

• 直线搬运

• 点胶

• 上下料

• 喷涂

• 三轴平台

优点：

• 坐标直观

• 刚性好

• 工作空间规则

• 负载和行程容易扩展

缺点：

• 结构占用空间较大

• 姿态灵活性有限

• 复杂绕障能力差

严格来说，它也是工业机器人的一种。

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四、工业机器人的输入是什么，输出是什么

机器人需要区分：

动力输入
控制输入
工艺输入
反馈输出
机械输出

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1. 动力输入

机器人控制柜通常需要交流电源。

常见可能包括：

单相AC 200～240V
三相AC 200～240V
三相AC 380～480V

具体取决于：

• 机器人品牌

• 机器人负载

• 控制柜型号

• 使用地区

• 伺服功率

不能认为所有机器人都使用三相380V，必须查看控制柜铭牌和厂家资料。

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2. 控制输入

PLC或外部设备可能向机器人发送：

• 自动运行允许

• 程序启动

• 程序停止

• 暂停

• 复位

• 急停状态

• 工件型号

• 工位允许信号

• 取料允许

• 放料允许

• 夹具状态

• 配方编号

• 视觉坐标

这些输入可能通过：

• 数字量I/O

• 模拟量

• 现场总线

• 工业以太网

• Socket通信

• 厂家专用协议

传输。

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3. 工艺输入

机器人可能接收：

• 视觉系统计算出的工件坐标

• 力传感器数据

• 焊缝跟踪数据

• 输送线编码器信号

• 工件检测信号

• 夹爪到位信号

• 真空压力信号

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4. 机械输出

机器人最终输出的是：

• 末端位置

• 末端姿态

• 运动速度

• 轨迹

• 关节转矩

• 搬运能力

机器人带动末端执行器后，可以进一步输出：

• 夹紧力

• 真空吸附力

• 焊接热量

• 点胶流量

• 螺丝锁付转矩

• 打磨压力

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5. 电气反馈输出

机器人控制器可能向PLC反馈：

• 机器人已上电

• 伺服已使能

• 自动模式

• 手动模式

• 远程模式

• 程序运行中

• 程序完成

• 机器人在原点

• 机器人在安全位置

• 机器人报警

• 急停状态

• 等待取料

• 等待放料

• 夹爪控制状态

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五、工业机器人使用什么电压和电流

工业机器人系统中有多种电压，不能只问“机器人使用多少伏”。

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1. 控制柜主电源

常见：

单相AC 220V
三相AC 220V
三相AC 380V
三相AC 400V

以控制柜铭牌为准。

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2. 控制信号电压

数字量I/O通常常见：

DC 24V

但需要确认：

• 输入电压范围

• 输出最大电流

• PNP或NPN

• 内部电源还是外部电源

• 公共端接法

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3. 末端工具电源

机器人手腕处可能提供：

• DC24V

• 数字输入输出

• 气管接口

• 通信接口

但容量通常有限。

例如末端可能接：

• 小型电磁阀

• 传感器

• 电动夹爪

• 相机

大功率工具不能因为手腕上有24V就直接接入，必须确认：

• 最大允许电流

• 每组输出容量

• 总输出容量

• 电缆允许电流

• 是否需要外部电源

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4. 机器人各轴伺服电流

机器人内部各关节通常使用伺服电机。

机器人控制器会根据：

• 负载

• 姿态

• 速度

• 加速度

• 重力

• 摩擦

实时控制各轴电流。

用户通常不直接接触关节电机的U、V、W动力线，因为它们已经由机器人厂家完整配套。

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六、PLC怎样与工业机器人连接

PLC与机器人之间通常不是“PLC直接控制每个关节”。

典型关系是：

PLC：负责整机工艺流程和工位协调

机器人控制器：负责机器人多轴运动控制

机器人程序：负责机器人内部动作顺序

完整控制链路：

PLC发送任务和启动条件
→ 机器人控制器执行机器人程序
→ 机器人完成运动和末端工具动作
→ 机器人向PLC反馈状态和完成信号

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1. 数字I/O连接

最简单的方式是通过24V数字量通信。

例如PLC给机器人：

机器人启动
机器人复位
程序编号位0
程序编号位1
程序编号位2
取料允许
放料允许

机器人给PLC：

机器人准备好
机器人运行中
机器人完成
机器人报警
机器人在原点
机器人等待取料
机器人等待放料

典型握手过程：

PLC确认设备条件满足
→ 发出启动请求

机器人收到启动请求
→ 反馈启动接收
→ 开始动作

机器人动作完成
→ 输出完成信号

PLC收到完成信号
→ 撤销启动请求
→ 机器人撤销完成信号

这种请求—应答方式可以避免信号持续有效造成重复启动。

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2. 现场总线通信

常见通信方式包括：

• PROFINET

• EtherNet/IP

• EtherCAT

• CC-Link

• PROFIBUS

• DeviceNet

• Modbus TCP

通过总线可以交换：

• 控制字

• 状态字

• 程序编号

• 工件型号

• 报警代码

• 坐标数据

• 生产数据

• 夹具状态

优点：

• 接线少

• 数据量大

• 诊断方便

• 可以传输整数和坐标参数

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3. TCP/IP或Socket通信

适合传输：

• 视觉坐标

• 字符串

• 工件数据

• 配方

• 条码

• 生产信息

但Socket通信通常要自行定义：

• 数据格式

• 帧头帧尾

• 校验

• 超时

• 重发

• 断线重连

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4. PLC直接控制末端执行器

末端工具可以由两种方式控制。

机器人控制

机器人输出
→ 电磁阀或电动夹爪
→ 夹爪动作

优点：

• 机器人动作程序与夹爪动作紧密结合

• 接线可走机器人内部线缆

PLC控制

PLC输出
→ 电磁阀或夹爪控制器
→ 夹爪动作

优点：

• 整机状态统一由PLC管理

• 方便和其他工位互锁

实际项目中常根据系统结构选择，也可能采用：

机器人发夹爪请求
→ PLC执行夹爪动作
→ PLC反馈夹爪到位
→ 机器人继续运动

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七、工业机器人是PNP还是NPN，是源型还是漏型

机器人本体没有PNP和NPN之分。

PNP、NPN涉及：

• 机器人控制柜数字输入

• 机器人控制柜数字输出

• PLC数字输入输出

• 末端传感器

• 末端电磁阀

• 夹爪反馈信号

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1. 机器人数字输入

需要查看控制器I/O说明书，确认：

• 输入公共端接法

• 支持PNP还是NPN

• 是源型输入还是漏型输入

• 输入电压

• 输入电流

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2. 机器人数字输出

机器人控制柜输出可能是：

• PNP晶体管输出

• NPN晶体管输出

• 继电器输出

• 可配置输出

还要确认：

• 单点最大电流

• 每组总电流

• 是否短路保护

• 是否能直接驱动电磁阀

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3. 末端传感器

例如气动夹爪磁性开关可能是PNP或NPN。

真空压力开关也可能是PNP或NPN。

因此需要统一考虑：

机器人或PLC输入类型
+
传感器输出类型
+
公共端接法

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八、工业机器人的输出是开关量、模拟量、脉冲还是通信数据

机器人系统同时涉及多种输出。

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1. 机械运动输出

机器人本体输出：

• 关节旋转

• 末端位置

• 末端姿态

• 空间轨迹

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2. 数字量输出

机器人可以输出：

• 夹爪夹紧

• 夹爪松开

• 真空开启

• 破真空

• 工艺开始

• 工艺结束

• 程序运行

• 报警状态

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3. 模拟量输出

部分应用可能输出：

• 0～10V

• ±10V

• 4～20mA

用于控制：

• 焊接电流

• 喷涂流量

• 打磨压力

• 点胶流量

• 主轴速度

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4. 通信数据

机器人可以通过通信发送：

• 当前坐标

• 当前关节角度

• 实际速度

• 负载数据

• 报警代码

• 程序编号

• 生产数量

• 工艺参数

• 视觉结果

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5. 编码器反馈

各关节编码器主要反馈给机器人控制器。

通常不会直接接到PLC。

机器人控制器利用编码器完成：

• 位置闭环

• 速度闭环

• 关节同步

• 轨迹插补

• 位置保持

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九、工业机器人的坐标系是什么

理解工业机器人时，坐标系是非常重要的基础。

同一个位置，可以用不同坐标系描述。

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1. 关节坐标系

关节坐标描述各轴角度。

例如：

J1 = 30°
J2 = -20°
J3 = 45°
J4 = 0°
J5 = 90°
J6 = 10°

手动操作时，每次只移动一个关节。

特点：

• 机器人各轴单独运动

• 适合脱离奇异位置

• 不保证末端沿直线移动

• 操作较直观但末端轨迹可能复杂

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2. 世界坐标系

世界坐标系通常是机器人工作区域中的固定参考坐标。

例如：

X：前后
Y：左右
Z：上下

具体方向由机器人系统定义和安装决定。

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3. 基坐标系

基坐标系以机器人底座为参考。

如果机器人本体没有额外标定，基坐标往往与机器人安装底座相关。

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4. 工具坐标系

工具坐标系以末端工具为参考。

例如夹爪：

工具Z轴：夹爪向前伸出的方向
工具X轴：夹爪横向方向
工具原点：夹爪中心抓取点

工具坐标系的原点通常称为：

TCP
Tool Center Point
工具中心点

机器人程序真正关心的通常不是第六轴法兰中心，而是TCP的位置和姿态。

例如：

• 焊枪焊丝尖端

• 点胶针头尖端

• 夹爪中心

• 吸盘中心

• 打磨轮接触点

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5. 工件坐标系

工件坐标系以夹具、托盘或工件为参考。

例如：

工件坐标原点
→ 设置在夹具左下角

X轴
→ 沿工件长度方向

Y轴
→ 沿工件宽度方向

Z轴
→ 垂直工件表面

这样即使整套夹具位置发生变化，只要重新标定工件坐标系，程序中的工艺点可能不需要逐个修改。

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十、什么是TCP

TCP是工具中心点。

它代表：

机器人运动和定位时真正需要控制的工具作用点。

例如机械手末端安装一根500mm长的焊枪。

如果只控制机器人第六轴法兰中心，焊枪尖端的位置就会错误。

因此需要标定：

TCP相对于机器人末端法兰的距离和方向

TCP标定不准确会造成：

• 程序点位整体偏移

• 工具旋转时尖端画圆

• 焊接轨迹不准确

• 点胶位置偏差

• 抓取中心不准

• 更换工具后位置错误

典型判断方法：

让机器人以不同姿态围绕同一个工具尖端旋转，如果尖端始终停留在同一空间位置，TCP标定基本正确。

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十一、机器人的运动方式有哪些

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1. 关节运动

也常称：

• Joint

• J运动

• PTP点到点运动

机器人各轴按最合适方式运动到目标点。

特点：

• 速度快

• 效率高

• 末端路径通常不是直线

• 适合空中快速移动

适合：

• 从安全点移动到取料点附近

• 大范围搬运

• 无工艺轨迹要求的动作

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2. 直线运动

也常称：

• Linear

• L运动

TCP沿空间直线移动。

适合：

• 插入

• 取放

• 点胶

• 焊接

• 沿直线接近工件

• 避免斜着碰撞夹具

例如：

先关节运动到工件上方
→ 再直线下降抓取

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3. 圆弧运动

用于TCP沿圆弧或圆形轨迹移动。

适合：

• 圆弧焊接

• 涂胶

• 打磨

• 圆形工件加工

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4. 样条或复杂轨迹运动

高端控制器可能支持：

• 样条曲线

• 连续路径

• 多点平滑轨迹

• 电子凸轮

• 多轴同步

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十二、机器人的速度到底指什么

机器人速度可能有多种定义：

• 关节速度

• TCP线速度

• TCP角速度

• 程序速度百分比

• 手动速度

• 自动运行速度

• 安全限制速度

例如程序中写：

TCP速度：500mm/s

表示工具中心点沿轨迹以一定线速度运动。

而手动模式下可能设置：

速度倍率：10%

这通常是对当前允许速度的比例限制。

需要注意：

机器人程序中的100%速度，不一定等于机器人绝对最大速度。

还受到：

• 负载

• 姿态

• 运动类型

• 加速度参数

• 安全设置

• 控制器限制

• 奇异点

• 轨迹转角

影响。

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十三、机器人位置精度怎样理解

常见指标包括：

• 重复定位精度

• 绝对定位精度

• 轨迹精度

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1. 重复定位精度

机器人多次从不同位置回到同一个程序点时，最终位置之间的离散程度。

例如：

重复定位精度：±0.02mm

表示重复回到同一个点的能力较好。

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2. 绝对定位精度

表示机器人实际到达的位置与理论坐标之间的误差。

机器人可能具有：

重复定位很好
但绝对位置存在固定偏差

例如每次都稳定停在100.5mm，而不是理论100.0mm。

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3. 轨迹精度

表示机器人在连续运动过程中，实际轨迹与目标轨迹的偏差。

焊接、喷涂、打磨应用会更关注轨迹精度。

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4. 末端实际精度还受工具影响

机器人本体精度高，不代表工艺末端精度一定同样高。

还受到：

• TCP标定误差

• 工件坐标误差

• 夹具误差

• 工件公差

• 工具变形

• 负载变化

• 机器人安装底座刚性

• 温度

• 减速机背隙

影响。

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十四、工业机器人的重要选型参数

1. 机器人类型

先确定：

六轴机器人
SCARA
Delta
码垛机器人
协作机器人
笛卡尔机器人

不同结构适合不同任务。

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2. 额定负载

机器人额定负载通常表示：

机器人手腕末端允许安装的工具、工件及附件总质量。

例如机器人额定负载：

10kg

实际负载应包括：

夹爪重量
+ 工件重量
+ 相机重量
+ 传感器重量
+ 转接板重量
+ 电缆和气管影响

不能只计算工件重量。

例如：

工件：6kg
夹爪：3kg
转接板和传感器：2kg

总负载：11kg

此时10kg机器人已经超载。

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3. 负载重心

即使总重量没有超过额定负载，也必须看负载重心。

负载距离第六轴法兰越远，关节受到的弯矩越大。

基本关系：

弯矩 = 力 × 距离

例如同样5kg负载：

重心距离法兰50mm

与：

重心距离法兰500mm

对机器人手腕的负担完全不同。

厂家通常会提供：

• 负载图

• 允许重心范围

• 手腕允许弯矩

• 手腕允许惯量

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4. 负载惯量

机器人快速旋转末端工具时，负载惯量非常重要。

长条形、展开式、大尺寸夹具即使不重，也可能惯量很大。

惯量过大可能导致：

• 加速性能下降

• 机器人报警

• 定位时间变长

• 关节减速机寿命下降

• 振动

• 急停冲击增大

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5. 最大工作半径

表示机器人能够到达的最远距离。

例如：

最大工作半径：1400mm

但不能只看最大半径。

机器人靠近底座、背后、顶部或某些姿态时可能存在：

• 到达限制

• 关节干涉

• 奇异点

• 姿态无法满足

• 电缆干涉

所以选型时应进行真实工作空间仿真。

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6. 工作空间

机器人工作空间通常不是规则球体，也不是长方体。

需要确认：

• 取料点能否到达

• 放料点能否到达

• 所需姿态能否到达

• 机器人运动过程中是否碰撞

• 是否存在关节极限

• 是否需要绕过设备结构

• 是否需要安装在地面、墙面或顶部

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7. 重复定位精度

根据工艺需求选择。

例如：

普通搬运：
可能±0.1mm就够

精密装配：
可能需要±0.02mm甚至更高

视觉定位：
还要叠加视觉误差和标定误差

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8. 轴数和自由度

六轴机器人姿态灵活，但不是所有应用都必须使用六轴。

例如平面高速装配使用SCARA可能更合适。

简单XYZ搬运使用直线模组可能：

• 成本更低

• 刚性更好

• 控制更简单

• 工作空间更规则

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9. 运行速度和节拍

需要确认：

• 单次取放距离

• 目标节拍

• 加减速时间

• 等待时间

• 夹爪动作时间

• 真空建立时间

• 视觉处理时间

• PLC握手时间

机器人最大速度高，不代表整套设备节拍一定快。

实际节拍可能受：

夹爪动作
视觉识别
工件到位
安全互锁
放料等待

限制。

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10. 安装方式

常见：

• 地面安装

• 倒挂安装

• 墙面安装

• 倾斜安装

• 龙门移动轴安装

不是所有机器人都允许任意安装方向。

倒挂或墙装时需要确认：

• 厂家是否允许

• 负载是否需要降额

• 润滑是否受影响

• 参数是否需要修改

• 底座受力是否合理

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11. 防护等级

根据环境选择：

• 普通工业环境

• 粉尘环境

• 水汽环境

• 食品环境

• 洁净室

• 喷涂防爆环境

• 铸造高温环境

• 焊接飞溅环境

普通机器人不一定适合：

• 水洗

• 粉尘爆炸

• 高温炉前

• 强腐蚀

• 喷漆防爆

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12. 机器人控制方式

需要确认：

• 独立示教运行

• PLC数字量控制

• 现场总线控制

• 外部轨迹控制

• 视觉引导

• 力控

• 输送线跟踪

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13. 外部轴

机器人系统可能增加：

• 地轨

• 变位机

• 旋转台

• 翻转台

• 升降轴

外部轴可以与机器人同步运动。

例如：

六轴机器人
+ 一条地轨
= 七轴系统

焊接时还可能使用：

机器人
+ 双轴变位机

需要确认控制器支持的外部轴数量和同步方式。

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14. 安全功能

可能包括：

• 急停

• 安全门

• 安全速度

• 安全位置

• 安全区域

• 安全停止

• STO

• 双通道安全输入

• 协作力限制

• 安全激光扫描

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15. 品牌与生态

选型还要考虑：

• 当地售后

• 程序员熟悉程度

• 备件供应

• PLC通信兼容

• 视觉系统支持

• 软件授权

• 仿真软件

• 教程和文档

• 客户指定品牌

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十五、机器人末端执行器怎样选择

工业机器人本身只是“手臂”，末端执行器才是“手”。

常见末端执行器包括：

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1. 气动夹爪

适合：

• 规则零件

• 夹持面明确

• 动作频繁

• 成本敏感

需要考虑：

• 夹持力

• 行程

• 开闭时间

• 工件尺寸变化

• 断气状态

• 夹紧和松开反馈

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2. 电动夹爪

可以控制：

• 开口尺寸

• 夹持力

• 速度

• 多工件规格

优点是柔性高，但成本和控制复杂度更高。

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3. 真空吸盘

适合：

• 板材

• 纸箱

• 玻璃

• 塑料件

• 平面工件

需要考虑：

• 工件密封性

• 真空建立时间

• 掉落风险

• 多吸盘泄漏

• 停气保护

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4. 磁力夹具

适合铁磁性材料。

需要确认：

• 工件材料

• 吸附面积

• 表面间隙

• 断电状态

• 剩磁

• 安全防坠

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5. 快换装置

机器人可通过快换盘切换不同工具。

需要考虑：

• 机械锁定

• 气路连接

• 电气连接

• 通信连接

• 工具识别

• 锁定反馈

• 工具重量

• TCP切换

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十六、机器人正常工作时是什么状态

正常状态通常包括：

• 控制柜上电正常

• 机器人无报警

• 急停回路正常

• 安全门状态正常

• 机器人处于正确模式

• 伺服已使能

• 程序已选中

• PLC和机器人通信正常

• TCP、工件坐标正确

• 原点或参考位置正常

• 末端工具状态正常

• 机器人运动平稳

• 各轴无异常声音

• 负载参数正确

• 电缆无拉扯

• 程序运行和完成信号正常

自动运行前常见状态链路：

机器人无报警
且急停释放
且安全门关闭
且处于自动/远程模式
且伺服准备完成
且程序已选择
且PLC允许运行
→ 机器人可以启动

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十七、工业机器人故障时会出现什么现象

1. 控制柜无法上电

可能原因：

• 上级电源未接通

• 断路器跳闸

• 电源缺相

• 控制柜电压等级错误

• 柜内熔断器损坏

• 电源模块故障

• 急停回路异常

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2. 控制柜上电但伺服无法使能

可能原因：

• 急停未释放

• 安全门未关闭

• 安全回路不完整

• 示教器急停被按下

• 机器人不在允许模式

• 控制器报警

• 伺服电源异常

• STO回路断开

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3. PLC发出启动，但机器人不运行

可能原因：

• 机器人不在自动或远程模式

• 程序未选择

• 启动信号格式不正确

• 启动请求没有形成脉冲

• 外部启动权限未开启

• 机器人仍有报警

• 安全条件不满足

• 程序在等待某个输入

• PLC和机器人握手逻辑错误

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4. 机器人运动到一半停止

可能原因：

• 安全门被打开

• 急停触发

• 光栅或激光扫描器触发

• 机器人到达关节极限

• 发生碰撞检测

• 末端工具报警

• PLC撤销运行许可

• 程序等待条件未满足

• 通信中断

• 伺服过载

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5. 机器人定位偏差

可能原因：

• TCP标定错误

• 工件坐标错误

• 夹具位置变化

• 工件定位不稳定

• 负载参数错误

• 机器人底座松动

• 工具发生弯曲

• 减速机磨损

• 编码器或零点数据异常

• 温度变化

• 视觉标定错误

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6. 程序点整体偏移

如果所有点都按相似方向偏移，优先检查：

• 工件坐标系

• 基坐标系

• TCP

• 夹具位置

• 机器人底座

• 视觉坐标转换

如果只有某一个点偏差，可能是该点被修改或示教错误。

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7. 工具旋转时TCP位置发生画圆

这是TCP标定不准确的典型现象。

原因可能是：

• TCP位置标定错误

• 工具长度填写错误

• 工具安装位置变化

• 快换工具未切换对应工具号

• 工具发生弯曲

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8. 机器人抖动或异响

可能原因：

• 负载过重

• 负载重心参数错误

• 负载惯量过大

• 机械干涉

• 机器人底座不牢固

• 关节减速机磨损

• 轴承损坏

• 伺服参数异常

• 工具或工件松动

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9. 机器人频繁碰撞报警

可能原因：

• 碰撞灵敏度设置过高

• 工具重量和重心参数错误

• 实际负载变化

• 夹具卡住

• 轨迹速度过高

• 工件插入阻力过大

• 电缆拖拽

• 机器人关节机械异常

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10. 机器人抓住工件后掉落

可能原因：

• 夹爪夹持力不足

• 真空度不足

• 工件表面变化

• 负载和加速度过大

• 夹爪手指设计不合理

• 夹紧到位检测错误

• PLC未等待夹紧完成

• 停气、停电

• 机器人运动冲击过大

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11. 机器人能够运行，但节拍很慢

可能原因：

• 速度设置过低

• 路径点过多

• 每个点都精确停止

• 加速度过低

• PLC握手等待时间过长

• 夹爪动作慢

• 真空建立慢

• 视觉处理慢

• 轨迹绕行不合理

• 机器人型号工作范围不匹配

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12. 机器人到达不了目标点

可能原因：

• 目标点超出工作范围

• 所需姿态不可达

• 关节超限

• 机器人处于奇异点附近

• TCP或工件坐标错误

• 工具过长

• 机器人安装位置不合理

• 程序选择了错误姿态解

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十八、什么是机器人奇异点

奇异点可以简单理解为：

机器人处于某些特殊姿态时，虽然末端位置看起来正常，但要继续按照某个方向运动，部分关节可能需要极高速度或失去明确控制关系。

常见表现：

• 手腕轴突然快速旋转

• 机器人速度自动降低

• 报警无法继续运动

• 轨迹姿态突然变化

• 关节运动方向异常

六轴机器人常见奇异问题包括：

• 手腕奇异

• 肩部奇异

• 肘部奇异

处理方法可能包括：

• 改变机器人姿态

• 修改中间点

• 调整工具方向

• 使用关节运动绕开

• 改变机器人安装位置

• 选择其他关节构型

奇异点不是机器人损坏，而是多轴运动学结构带来的限制。

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十九、如何通过PLC、示教器和机器人监控定位故障

工业机器人故障排查不能只看PLC。

应该分层检查：

安全层
→ 控制器层
→ PLC握手层
→ 机器人程序层
→ 运动层
→ 末端工具层
→ 机械工艺层

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第一步：检查机器人报警

在示教器或控制器上记录：

• 报警代码

• 报警文字

• 报警时间

• 报警时程序行

• 报警时机器人位置

• 报警时操作模式

不要一看到报警就直接复位，否则可能丢失关键现场信息。

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第二步：检查安全状态

确认：

• 控制柜急停

• 示教器急停

• 外部急停

• 安全门

• 安全光栅

• 安全扫描器

• STO

• 安全PLC

• 模式选择开关

机器人无法伺服使能时，应首先检查安全链路。

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第三步：检查机器人模式

常见模式可能包括：

• 手动低速

• 手动高速

• 自动

• 远程

• 外部控制

PLC外部启动时，机器人通常必须处于厂家要求的自动或远程模式。

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第四步：检查PLC输出到机器人

在PLC监控中确认：

• 启动请求

• 复位请求

• 程序编号

• 自动允许运行

• 工位允许

• 安全条件

• 工件型号

是否正确。

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第五步：检查机器人收到的输入

不能只看PLC输出点为ON，还要在机器人I/O监控中确认机器人是否真的收到。

如果PLC输出为ON，但机器人输入为OFF，检查：

• PNP/NPN

• 公共端

• 24V电源

• 端子排

• 总线映射

• 地址配置

• 通信状态

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第六步：检查机器人程序停在哪里

机器人程序可能停在：

等待PLC允许信号
等待夹爪到位
等待真空到位
等待视觉完成
等待工件检测
等待安全位置

示教器中通常可以看到当前程序行。

如果机器人无报警但不动作，程序很可能正在等待条件。

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第七步：检查伺服和运动状态

观察：

• 伺服是否ON

• 当前关节位置

• 当前TCP位置

• 当前速度

• 关节是否接近极限

• 是否接近奇异点

• 是否发生碰撞检测

• 负载率是否异常

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第八步：检查末端工具

例如气动夹爪：

• 电磁阀是否动作

• 气压是否正常

• 夹紧反馈是否变化

• 机械手指是否卡住

例如真空吸盘：

• 真空命令是否输出

• 真空压力是否达到

• 吸盘是否漏气

• 工件是否贴合

---

第九步：检查坐标系和点位

定位偏差时检查：

当前工具号
当前工件坐标号
TCP参数
工件坐标参数
程序点
机器人安装位置
夹具位置

很多机器人“位置不准”并不是关节故障，而是坐标系选错。

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第十步：低速单步运行

在安全条件满足时，可以：

• 降低手动速度

• 单步执行程序

• 观察每一个动作

• 确认程序停在哪里

• 检查是否有干涉

• 确认夹爪和工件状态

低速单步是机器人调试和故障定位的重要手段。

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二十、工业机器人安装位置和机械结构有什么要求

1. 底座必须有足够刚性

机器人高速运动时会产生较大的动态力和倾覆力矩。

底座如果刚性不足，会造成：

• 机器人振动

• 定位精度下降

• 底座螺栓松动

• 轨迹误差

• 机器人寿命下降

• 整机共振

机器人不能简单安装在很薄的钢板上。

应根据厂家提供的：

• 底座尺寸

• 安装孔

• 倾覆力矩

• 动态载荷

• 地脚要求

设计机器人底座。

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2. 安装位置要覆盖全部工位

选型和布局时不能只确认某一个点能到达。

要确认：

• 取料点

• 放料点

• 中间避障点

• 维护位置

• 工具更换位置

• 相机标定位置

• 安全原点

• 所有工件姿态

都能到达。

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3. 避免机器人长期处于极限姿态

如果机器人经常在最大伸展状态工作：

• 刚性降低

• 关节负担增大

• 运动性能下降

• 定位性能可能变差

• 容易接近关节极限

机器人布局应尽量让主要工作区域位于合理工作空间中部。

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4. 末端工具越长，对机器人负担越大

长工具会增加：

• 重心距离

• 手腕弯矩

• 转动惯量

• 振动

• TCP误差

不能只看工具重量。

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5. 电缆和气管要合理布置

机器人运动范围大，电缆和气管容易：

• 拉紧

• 缠绕

• 被夹住

• 与设备干涉

• 长期弯折断裂

需要使用：

• 机器人专用高柔电缆

• 波纹管

• 管线包

• 弹簧平衡

• 合理固定点

还要进行全行程运动检查。

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6. 要预留维修空间

需要考虑：

• 示教器操作空间

• 控制柜开门空间

• 电机和减速机维护

• 机器人吊装

• 线缆更换

• 末端工具拆装

• 标定操作

• 润滑维护

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7. 机器人工作区域要做安全防护

常见防护方式：

• 安全围栏

• 安全门

• 安全门锁

• 安全光栅

• 激光扫描器

• 安全地毯

• 双手按钮

• 安全PLC

• 急停按钮

不能只依赖PLC普通程序防止人员进入。

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8. 安全区域与工艺区域要合理划分

需要考虑：

• 机器人最大可达范围

• 工具长度

• 工件长度

• 工件掉落范围

• 高速甩动范围

• 关节反向摆动范围

• 急停制动距离

安全围栏不能只贴着机器人本体安装。

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二十一、为什么工业机器人有很多型号

一个机器人型号通常同时包含：

机器人结构
+ 轴数
+ 额定负载
+ 工作半径
+ 重复定位精度
+ 允许安装方式
+ 防护等级
+ 控制柜型号
+ 电源等级
+ 手腕允许弯矩
+ 手腕允许惯量
+ 是否协作型
+ 是否洁净型
+ 是否防爆型
+ 是否中空走线

例如同样是六轴机器人，也可能有：

3kg负载，600mm臂展
10kg负载，1400mm臂展
20kg负载，1800mm臂展
50kg负载，2100mm臂展
200kg负载，2700mm臂展

它们的：

• 体积

• 速度

• 底座

• 电源

• 精度

• 应用场景

都不同。

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二十二、工业机器人与直线模组怎样选择

直线模组更适合

• 运动方向规则

• 只需要X、Y、Z直线移动

• 工作空间是规则长方体

• 对刚性要求高

• 负载较大

• 成本敏感

• 不需要复杂姿态

工业机器人更适合

• 需要复杂空间运动

• 需要改变工具姿态

• 需要绕过障碍物

• 工件位置多变

• 工位柔性要求高

• 同一机器人要完成多种动作

可以简单理解为：

直线模组：
规则、刚性、直观

工业机器人：
灵活、多姿态、可编程

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二十三、工业机器人与人工操作有什么区别

工业机器人适合：

• 重复动作

• 高节拍

• 高一致性

• 危险环境

• 重物搬运

• 长时间连续生产

但机器人并不是简单替代一个操作员。

机器人应用还需要解决：

• 工件如何定位

• 工件如何检测

• 抓取是否可靠

• 夹具如何设计

• 异常工件如何处理

• 人员如何安全进入

• 机器人如何与设备握手

• 更换产品时如何切换程序

所以机器人项目的难点往往不只是编写机器人程序，而是：

机器人、夹具、视觉、PLC、输送线、末端工具和安全系统的整体集成。

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二十四、PLC控制工业机器人时应考虑什么

完整逻辑不能只写：

PLC启动信号ON
→ 机器人运行

还应考虑：

• 机器人是否无报警

• 是否处于自动或远程模式

• 伺服是否准备好

• 安全门是否关闭

• 程序编号是否正确

• 工件型号是否正确

• 取料位是否有工件

• 放料位是否允许放料

• 夹爪是否处于正确状态

• 真空是否建立

• 启动信号是否需要脉冲

• 程序完成如何握手

• 机器人运行超时

• 机器人报警如何处理

• 中途暂停后如何恢复

• 急停后当前位置是否可信

• 重新启动是否可能重复抓取或重复放料

典型启动握手：

PLC：
机器人任务请求ON

机器人：
任务接收ON

PLC：
任务请求OFF

机器人：
开始执行程序

机器人：
程序完成ON

PLC：
完成确认ON

机器人：
程序完成OFF

PLC：
完成确认OFF

这种握手比简单保持启动信号更可靠。

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二十五、工业机器人程序通常包含什么

一个完整机器人程序可能包含：

初始化
→ 检查工具状态
→ 移动到安全位置
→ 等待PLC任务
→ 读取产品型号
→ 选择对应点位
→ 移动到取料上方
→ 直线下降
→ 夹紧或吸取
→ 检查夹取成功
→ 抬升
→ 移动到放料位置
→ 放下工件
→ 检查释放成功
→ 返回安全位置
→ 通知PLC完成

还需要异常分支，例如：

• 真空未建立

• 夹爪未到位

• 工件掉落

• 放料位被占用

• 视觉未找到工件

• PLC通信超时

• 机器人碰撞报警

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二十六、认识工业机器人时最关键的思路

看到设备中的工业机器人时，不应只记录：

它用来抓取和搬运工件

还应固定问：

它是什么类型的机器人？
有几个轴？
额定负载是多少？
末端工具、工件和转接板总重量是多少？
负载重心距离法兰多远？
负载惯量是否超过允许范围？
最大工作半径是多少？
所有工作点和姿态是否都能到达？
重复定位精度是多少？
机器人安装在地面、墙面还是顶部？
控制柜使用什么电源？
机器人数字I/O是PNP还是NPN？
PLC通过I/O还是总线控制机器人？
机器人与PLC如何进行启动、完成和报警握手？
机器人处于什么运行模式？
TCP定义在哪里？
工件坐标系怎样标定？
程序使用关节运动还是直线运动？
机器人是否可能经过奇异点？
是否有外部轴？
末端执行器是什么？
夹爪或吸盘是否有到位反馈？
工件掉落时如何检测？
机器人工作区域如何进行安全防护？
急停、安全门和STO怎样接入？
断电、停气或通信中断后会发生什么？
机器人报警后如何安全恢复？
更换工具后是否需要重新标定TCP？
更换夹具后是否需要重新标定工件坐标？

完整控制链路通常是：

PLC
→ 数字I/O、现场总线或网络通信
→ 机器人控制器
→ 各关节伺服驱动
→ 机器人本体
→ 末端执行器
→ 工件

反馈链路通常是：

机器人准备状态
程序运行状态
程序完成状态
报警状态
安全状态
末端工具状态
→ PLC

安全链路应独立考虑：

急停
安全门
光栅或扫描器
安全PLC
STO
→ 机器人安全控制回路

故障排查时应按以下顺序进行：

安全回路
→ 机器人运行模式
→ 控制柜报警
→ PLC与机器人握手信号
→ 机器人程序等待条件
→ 伺服和关节状态
→ TCP与工件坐标
→ 末端夹具或真空系统
→ 工件定位和机械干涉

工业机器人不动作时，不能直接判断机器人本体损坏；机器人定位偏差时，也不能只怀疑编码器。问题还可能来自安全回路、运行模式、PLC握手、程序等待条件、TCP错误、工件坐标错误、夹具变化、末端工具变形以及机器人底座松动。