1、 工业机器人电气控制与维修 （ ISBN 978-7-121-29476-1） 邢美峰 主 编 卢彦林 李伟娟 副主编 电子工业出版社 练习题参考答案 习题 1 1.什么是工业机器人？ 2.按照工业机器人的结构形式，可将工业机器人分为哪几类？各自特点是什么？ 3.按照工业机器人的驱动方式，可将工业机器人分为哪几类？ 4.工业机器人一般由哪几部分组成？ 5.工业机器人的编程一共有几种方法，其特点是什么？ 6.HSR-608 型工业机器人电气控制系统主要由哪几部分组成？ 7.在 HSR-608 型工业机器人中伺服驱动器的作用是什么？ 8.在 HSR-608 型工业机器人中光电编码器的作用是什么？
2、9.简述在 HSR-608 型工业机器人电气控制系统中伺服控制系统的工作过程？ 10.简述在 HSR-608 型工业机器人电气控制系统中 PLC 控制系统作用？ 习题 1 答案 1.答：工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制 定的原则纲领行动。 2.答： （ 1） 直角坐标机器人 直角坐标机器人的主机架由三个相互正交的平移轴组成，具有结构简单、定位精度高的特点。 （ 2） 圆柱坐标机器人 圆柱坐标机器人由立柱和一
3、个安装在立柱上的水平臂组成。立柱安装在回转机座上，水平臂可以伸缩，他的滑鞍可沿立柱上下移动。因而，它具有一个旋转轴和两个平移轴。 （ 3） 关 节机器人 关节机器人手臂的运动类似于人的手臂，由大小两臂的立柱等机构组成。大小臂之间用铰链联接形成肘关节，大臂和立柱联接形成肩关节，可实现三个方向旋转运动。它能够抓取靠近机座的物件，也能绕过机体和目标间的障碍物去抓取物件，具有较高的运动速度和极好的灵活性，成为最通用的机器人。 3.答：可分为电气驱动机器人和气压传动机器人两大类， 电气驱动机器人是由交、直流伺服电动机、直线电动机或功率步进电动机驱动的机器人。它不需要中间转换机构，故机械结构简单。 气压传
4、动机器人它是一种以压缩空气来驱动执行机构运动的机器 人，具有动作迅速、结构简单、成本低的特点。 4.答：由控制系统、驱动系统、位置检测机构以及执行机构等组成 5.答：常用的编程方法有示教法和离线编程法等。 手控示教编程是一种最简单，又是一种最为常用的机器人编程方法。 离线编程的优点在于： （ 1）设备利用 率高，不会因编程而影响机器人执行任务； （ 2） 便于信息集成，可将机器人控制信息集成到 CAD/CAM 数据库和信息系统中去。在现代机械制造系统中，机器人编程可由先进的 CAD/CAM 系统来完成，这和 CAD/CAM 系统编制 NC 零件加工程序完全一样。 6.答：由 IPC 单元、示教
5、器单元、 PLC 单元、伺服驱动器等单元组成， 7.答：伺服驱动器接收来自 IPC 装置的送来的进给指令，这些指令经过驱动装置的变换和放大后，转变成伺服电动机进给的转速、转向与转角信号，从而带动机械结构按照指定要求准确运动。因此伺服单元是 IPC 单元与机器人本体的联系环节。 8.答：编码器在机器人控制系统中用于检测伺服电动机的转角、转速和转向信号，该信号将反馈给伺服驱动器和 IPC 单元，在伺服驱动器内部进行速度控制，在IPC 单元内部进行转角控制。 9.答：在 HSR-JR608 型工业机器人电气控制系统中，由 IPC 单元、伺服驱动器、伺服电动机和光电式编码器构成伺服控制系统。在该控制系
6、统中， IPC 作为控制核心，发出控制命令，该命令被伺服驱动器接收到，之后驱动伺服电动机按照指令要求运动。伺服电动机的运动情况由光电式脉冲编码器检测，编码器将检测结果反馈给伺服驱动器和 IPC 单元，用于修正给定的指令，这个过程一直持续到误差信息为零为止。 10.答： PLC 控制系统主要完成开关量的控制工作，它的控制内容包括急停处理，限位保护、各个轴的抱闸等。 习题 2 1.在选择低压断 路器时应从哪几个方面考虑？ 2.简述交流接触器的工作原理？ 3.接触器在使用过程中有哪些注意和维护事项？ 4.熔断器按结构分为哪几类？ 6.一般从哪几个方面来判断航空插头的性能好坏？ 7.电气系统图主要包括
7、哪几类？ 8.电器布置安装图的作用是什么？ 习题 2 答案 1.答： （ 1） 根据线路对保护的要求确定断路器的类型和保护形式。 （ 2） 断路器的额定电压应等于或大于被保护线路的额定电压。 （ 3） 断路器欠压脱扣器额定电压应等于被保护线路的额定电压。 （ 4） 断路器的额定电流及过流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护线路的计算电流。 （ 5） 断路器的极限分断能力应大于线路的最大短路电流的有效值。 （ 6） 线路中的上、下级断路器的保护特性应协调配合，下级的保护特性应位于上级保护特性的下方且不相交。 （ 7） 断路器的长延时脱扣电流应小于导线允许的持续电流。 （ 8） 变压器的工作的特点是
8、什么？ 2.答：交流接触器的工作原理就是简单的说的电磁感应原理。当吸引线圈通电后，线圈电流在铁心中产生磁通，该磁通对衔铁产生克服复位弹簧反力的电磁吸力，动铁心被吸合从而带动触点动作。触点动作时， 常闭触点先断开，常开触点后闭合。当吸引线圈断电或线圈中的电压值降低到某一数值时 (无论是正常控制还是欠电压、失电压故障，一般降至线圈额定电压的 85%)，铁心中的磁通下降，电磁吸力减小，当减小到不足以克服复位弹簧的反力时，衔铁在复位弹簧的反力作用下复位，使主、辅触点的常开触点断开，常闭触点恢复闭合。这就是接触器的欠压、失压保护功能。 3.答： （ 1） 接触器安装前应先检查线圈的额定电压是否与实际需要
9、相符。 （ 2） 接触器的安装多为垂直安装，其倾斜角不得超过 5，否则会影响接触器的动作特性；安装有散热孔的接触器时， 应将散热孔放在上下位置，以降低线圈的温升。 （ 3） 接触器安装与接线时应将螺钉拧紧，以防振动松脱。 （ 4） 接线器的触头应定期清理，若触头表面有电弧灼伤时，应及时修复。 4.答：熔断器按结构可分为开启式、半封闭式和封闭式三种。 5.答：机械性能、电气性能、环境性能、屏蔽性 6.答：电气系统图主要有电气原理图、电器布置安装图、电器安装接线图 7.答：主要用来表明各种电气设备在机械设备上和电气控制柜中的实际安装位置。为机电设备的制造、安装、维护、维修提供必要的资料。 8.答：
10、 （ 1） 一、二次绕组的电压比等于其匝数 比。只要改变一、二次绕组的匝数比，就能进行电压的变换。匝数多的绕组电压高。 （ 2） 一、二次绕组的电流比等于其匝数比的倒数。匝数多的绕组电流小。 （ 3） 变压器一次绕组的输入功率等于二次绕组的输出功率。 （ 4） 流过变压器电流的大小，取决于负载的需要。 习题 3 1.简述在 HSR-JR608 工业机器人中 IPC 单元的主要功能？ 2.示教器的线路连接主要包括那几部分内容？ 3.使用开关电源时应有哪些注意事项？ 4.在 HSR-JR608 工业机器人中都有哪些低压电器与 PLC 相连接？ 5.简述电磁式继电器的工作原理？ 6.电磁式继电器的主
11、要参数有哪些？ 7.如何选择控制按钮？ 8.电磁阀的工作原理是什么？ 习题 3 答案 1.答： IPC 是 HSR-JR608 工业机器人的核心控制单元，其主要功能是控制各个轴的协调运动，完成机器人运动轨迹控制要求。 2.答：示教器的线路连接主要包括三部分内容，及示教器的供电电源的连接、示教器与 IPC 的通信、和示教器与 PLC 单元的信号连接。 3.答：使用电源前，先确定输入输出电压规格与所用电源的标称值是否相符；通电之前，检查输入输出的引线是否连接正确，以免损坏用户设备；检查安装是否牢固，安装螺丝与电 源板器件有无接触，测量外壳与输入、输出的绝缘电阻，以免触电；为保证使用的安全性和减少干
12、扰，请确保接地端可靠接地；多路输出的电源一般分主、辅输出，主输出特性优于辅输出，一般情况下输出电流大的为主输出；电源频繁开关将会影响其寿命；工作环境及带载程度也会影响其寿命。 4.答：电磁式继电器、控制按钮、电磁阀 5.答： 电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点 与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在
13、电路中的导通、切断的目的。 6.答：额定参数、动作参数、整定值、返回参数、动作时间 7.答：控制按钮主要根据使用场合、被控电路所需要的触点数、触点形式及按钮的颜色等因素综合考虑来选用。使用前应检查按钮动作是否灵活，弹性是否正常，触点接触是否良好可靠。由于按钮触点间距较小，因此应注意触点间的漏电或短路情况。 8.答：电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔连接不同的油管，腔中间是活塞，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来开启或关闭不同的排油孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带
14、动机械装置。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。 习题 4 1.什么是现场总线？ 2.绘制 HSR-JR608 工业机器人中 NCUC 总线连接示意图。 3.编码器接线有哪些注意事项？ 4.伺服驱动器上的 XS1 接口的作用 是什么？ 5.示教器与 IPC 电路如何连接的？ 6.请简述光电式编码器的作用。 习题 4 答案 1.答：现场总线是指安装在制造区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线，通过分时复用的方式，将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的传输线，是通信系统中传输数据的公共通道。 2.答： 3.答： （ 1）编码器连接线线径：采用
15、屏蔽电缆（最好选用绞合屏蔽电缆），导线截面积 0.12mm2（ AWG24-26），屏蔽层须接接线插头的金属外壳。 （ 2）编码器连接线线长：电缆长度尽可能短 ,且其屏蔽层应和编码器供电电源的GND 信号相连（避免编码器反馈信号受到干扰）。 （ 3）布线：远离动力线路布线，防止干扰串入。 （ 4）驱动单元接不同的编码器时，与之相匹配的编码器线缆是不同的，请确认无误后再进行连接，否则有烧坏编码器的危险。 4.答：伺服驱动器上的 XS1 作为电机编码器反馈信号输入接口，这一信号既作为电机的速度与方向的反馈信号，又作为电机轴的位置反馈信号。 5.答：示教器的信息传输采用的是 RJ45 接口，通过 R
16、J45 接口连接到 IPC 的LAN 端口。 6.答：光电式编码器进给伺服系统中重要的组成部分，它检测伺服电动机转子的角位移和速度，将信号反馈到伺服驱动装置或 IPC 单元，与预先给定的理想值相比较，得到的差值用于实现位置闭环控制和速度闭环控制。 习题 5 伺服驱动器1 伺服驱动器2 伺服驱动器31.PLC 的定义？ 2.PLC 主要应用于哪几个方面？ 3.PLC 由哪些硬件结构组成？ 4.请简述 PLC 的工作过程。 5.请说明华中 PLC 的程序结构。 6.请说明输入寄存器的特点。 习题 5 答案 1.答： PLC 是一种数字运算操作的电子的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。它采用可以
17、编制程序的存储器，用来在执 行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入 (I)和输出 (O)接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。 2.答：开关量控制、模拟量控制、运动控制、数据处理、通信联网 3.答：主要由 CPU、存储器、 I/O 单元、外设接口、电源等组成。 4.答：当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 5.答：华中 PLC 程序通常由顺序程序由 三部分组成：初始化程序部分、第一
18、级程序部分和第二级程序部分和子程序。 第 1 级程序从程序开始到 1END 命令之间，每 1ms 执行一次。主要特点是信号采样实时以及输出信号响应快。它主要处理短脉冲信号，如急停、跳转、超程等信号。第 2 级程序是 END1 命令之后， END2 命令之前的程序。第 2 级程序通常包括功能程序与运动程序程序。子程序是 END2 命令之后、 END 命令之前的程序。通常将具有特定功能并且多次使用的程序段作为子程序。主程序中用指令决定具体子程序的执行状态。当主程序中调用子程序并执行时，子程序执行全部指令直到结束，然后系统将返回调研子程序的主程序。 6.答： PLC 的输入寄存器是用于存储外部输入信
19、号的（按钮、行程开关等输入信号）。每一个输入寄存器都与一个输入端子相对应，当输入端子得到一个有效信号之后，对应的输入寄存器内的数据将由“ 0”变为“ 1”。 （ 1） 输入寄存器用字母 X 表示，输入地址由 X+字节 +位地址表示。 （ 2） 输入寄存器只能由外部信号驱动，驱动信号多是直流电源信号，可以是DC24V 电源中的正极，也可是 DC24V 电源中的负极。 （ 3） 寄存器的位地址编址采用 8 进制。 （ 4） 其拥有常开触点与常闭触点，触点使用的次数不受限制。 习题 6 1.电气控制系通电前的检查项目有那么些？ 2.请描述华数 HSR-JR608 型工业机器人机械零点的设置方法。 3
20、.在 IPC 中参数分为哪几类？ 4.伺服驱动器上的按键分别是什么作用？ 5.请简述电笔使用中的注意事项。 习题 6 答案 1.答： （ 1） 打开电气控制柜，检查继电器，接触器，伺服驱动器等电器元件安装有无松动现象，如有松动应恢复正常状态，有锁紧机构的接插件一定要锁紧 （ 2） 检查电器元件接线有无松动与虚接，有锁紧机构的一定要锁紧。 （ 3） 电器连接情况的检查通常分为三类，及短路检查、断路检查（回路通断）和对地绝缘检查。检查的方法可用万用表一根根的检查，这样花费的时间最长，但是检查是最完整的。 （ 4） 电源极性与相续的检查 对于直流用电器件需要检查供电电源的极性是否正确，否则可能损坏设
21、备。对于伺服驱动器需要检查动力线输入与动力线输出连接是否正确，如果把电源动力线接到伺服驱动器动力输出接口上，将严重损坏伺服驱动器。对于伺服电动机，要检查接线的相续是否正确，连接错误将导致电动机不能运行。 （ 5） 电源电压检查。 电源的正常运行是设备正常工作的重要前提，因此在设备第一次通电前一定要对电源进行检测，以防止电压等级超过用电设备的耐压等级。检查的方法是先把各级低压断路器都断开，然后根据电器原理图，按照先总开关，再支路开关的顺序，依次闭合开关 ，一边上电一边检查，检查输入电压与设计电压是否一致。主要检查变压器的输入输出电压与开关电源的输入输出电压。 （ 6） I/O 检查 I/O 检查
22、包括： PLC 的输入输出检查，继电器、电磁阀回路检查，传感器检测，按钮、行程开关回路检查。 （ 7） 认真检查设备的保护接地线。机电设备要有良好的地线，以保证设备、人身安全和减少电气干扰，伺服单元、伺服变压器和强电柜之间都要连接保护接地线。 2.答：在手动模式下控制机器人各关节轴移动至标准零点姿态；然后在下图的校准界面中输入各关节轴的零点值（如轴一到轴六分别为 0,90, 0,0， -90,0或者 0,90, 90,0， -90,0）；最后按下确认键，完成设置。 3.答： (1)系统参数 本机器人控制系统支持的系统参数共三个：插补周期、硬件通讯方式（中断或扫描）、报警履历最大记录数及 WAI
23、T 指令 TIMEOUT 时间。 (2)组参数 组参数主要用于设定各个轴电机的物理轴号，设定轴运行的最大速度、最大加速度等运动控制信息 (3)轴参数 轴参数设定的是每一个电机的运动特性。包括该轴的轴类型，是否带反馈、电子齿轮比等参数。 4.答： M 用于一级菜单（主菜单）方式之间的切换 S 进入或确认退出当前操作子菜单 上键 参数序号、设定数值的增加，或选项向前 下键 参数序号、设定数值的减少，或选项退后 左键 移位 5.答： (1)一定要用手触及试电笔尾端的金属部分，否则，因 带电体 、试电笔、人体与大地没有形成回路，试电笔中的 氖泡 不会发光，造成误判，认为带电体不带电。 (2)在测量电气设备是否带电之前，先要找一个已知电源测一测试电笔的氖泡能否正常发光，能正常发光，才能使用。 (3)在明亮的光线下测试带电体时，应特别注意氖泡是否真的发光 (或不发光 )，必要时可用另一只手遮挡光线仔细判别。千万不要造成误判，将氖泡发光判断为不发光，而将有电判断为无电。
