工業機器人末端執行器故障診斷與維修策略研究

中圖分類號：TP242.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）19-0132-04

Abstract：Thispaperanalyzesthecurrentsituationoffaultdiagnosisandmaintenanceofindustrialrobotendeffectors， proposesafive-dimensionalclassficationofendefetorfailurefactors，andobtainstheinfuenceofthefive-dimensionalfailure onmaintenancestrategies.Throughmaintenancestrategyanalysiscases，theendefectorsmaintenancestrategyandefectbased onthefailurefactordimensionareanalyzed.Researchshowsthatmaintenancestrategyanalysisinthedimensionoffaultfactors has a significant impact on improving fault diagnosis and maintenance efficiency.

Keywords：end efector; fault dimensions;maintenance strategy；maintenance cases; industrial robot

末端執行器是機器人機械臂末端直接作用于操作目標的部件，不僅是工業自動化生產中不可或缺的關鍵組件，還作為空間站機械臂的核心部件之一[]，廣泛應用于汽車制造、電子生產、食品加工、物流配送及太空探索等多個領域。末端執行器可適應不同形狀、大小和重量的物體，具備力控、位置控制等功能，能顯著提高生產效率、加工精度和產品質量。因此，長期以來，它一直是機器人領域的研究熱點之一[2]。

工業機器人已成為現代制造業的重要裝備，末端執行器作為其關鍵部件，直接且持續地參與生產作業，可能會隨機出現各種故障，導致工業機器人停機，進而影響生產線的正常運行。同時，相較于機器人的其他組成部分，末端執行器因其直接參與作業流程，承受著更高的損耗與故障頻率。因此，研究有效的末端執行器故障診斷與維修策略，對穩定產品質量、提升生產效率、削減維護開支和保障安全生產起到關鍵性作用。此外，對于增強工業機器人的整體穩定性和可靠性也具有重要的意義。

1工業機器人末端執行器故障診斷維修的現狀

1.1標準化與非標定制的末端執行器維修策略差異

在工業自動化領域內，工業機器人的末端執行器可劃分為標準化末端執行器與非標定制末端執行器兩大類別。

標準化末端執行器展現了一定的通用性，其應用范圍雖相對有限，但通常在一定的范圍內能夠適應不同的應用場景。此類執行器憑借成本較低的優勢，可以實現大規模生產制造，并且在后續的維護與維修方面展現出便利性。

非標定制末端執行器則是依據特定的操作對象和生產工藝特點進行專門設計與制造，在眾多工業領域中得到了廣泛應用，能夠精準適應特定的場景和環境需求。然而，非標定制末端執行器的初期成本通常較高，且由于其獨特性和復雜性，在后續的維護與維修工作中具有較高的要求和難度。

1.2工業機器人末端執行器維修的基礎現狀

對工業機器人末端執行器進行故障診斷維修應具備堅實的工業機器人及其附屬末端執行器的基礎理論知識體系，對工業機器人的工作原理、機械構造與電氣系統結構均有著深入的了解。同時，末端執行器種類多樣，各自具有獨特的結構與工作原理，必須對不同類型末端執行器的功能動作、驅動機制、傳動系統、傳感系統及控制系統的運作原理亦有著透徹而全面的認識，這樣才能確保維修時能快速定位故障并進行修復。隨著技術的發展也要求維修技術人員不斷提升技術、技能水平，以應對更復雜、更智能的末端執行器維修需求。

通過設備維修經驗，維修工作必須要全面熟悉設備的工作原理，對設備中各個控制元件的運作機制也必須非常清楚，這樣才能確保在維修時能夠從容不迫，精準高效地解決問題，避免盲目操作[3]。

1.3工業機器人末端執行器維修的流程

工業機器人末端執行器故障診斷與維修流程應該遵循一系列有序步驟。首先，通過觀察故障現象，初步判斷故障類型；其次，深人分析故障原因，考慮環境因素的影響；再次，評估故障頻率，制定維修策略；然后，實施修復措施后，進行效果驗證；最后，總結經驗，優化預防機制，確保末端執行器的穩定運行。整個維修過程中可以梳理出故障因素的幾個關聯方面。工業機器人末端執行器的故障診斷與維修的一般流程和步驟如圖1所示。

1.4工業機器人末端執行器維修的技術現狀及趨勢

目前工業機器人末端執行器的維修技術涵蓋了從故障性維修逐步發展到預防性維修、預見性維修，進而延伸到便利性維修，并邁向改進性維修的過程4。

工業機器人末端執行器的維修技術隨著自動化技術，特別是電子技術和計算機技術的發展而得到快速發展。工業機器人末端執行器的智能化、集成化、復雜程度越來越高，對其維修保養要求也越來越高，不

能單純通過提高人的技術水平來滿足維修需求，應該要適應工業機器人末端執行器維修保養工作的新要求、新標準，更加注重技術創新和智能化手段的應用，以提高維修效率和準確性。

未來，隨著人工智能和信息技術的深入應用，工業機器人末端執行器的維修技術也在不斷地趨向系統化、智能化。只有這樣，才能確保工業機器人末端執行器的穩定運行，為企業的生產和發展提供有力保障。

2工業機器人末端執行器故障五維度分類與維修策略影響

當前，工業機器人應用企業面臨的關鍵挑戰在于：迅速分析并維修工業機器人末端執行器的故障，以最大程度地縮短故障處理周期，致力于減少設備與產線的停機時長，提高工作效率，并有效控制維修成本，確保工業機器人運行的連續性、穩定性和可靠性。

2.1末端執行器故障因素的關聯性

工業機器人末端執行器的故障因素之間存在緊密關聯性。故障現象是故障的外在表現，與故障類型緊密相關，如機械或電氣異常。故障類型則是對故障性質的分類，在故障現象和故障類型背后的故障原因則深入至設計、材料、使用不當等層面，且與故障環境如溫濕度、油液、塵埃等密切相關。故障頻率反映了故障發生的頻繁程度，受設備老化、維護狀況等多重因素影響。各因素相互作用，共同構成末端執行器故障分析的復雜體系，因此，在分析和解決末端執行器故障時，需要綜合考慮這些因素的相互作用，以便準確找出故障根源，并采取相應的預防措施。工業機器人末端執行器的故障因素，如圖2所示。

2.2末端執行器故障因素的五維度分類

末端執行器發生故障的因素多種多樣，并且故障因素的關聯性十分復雜，但共同結果是導致機器人無法正常運行。末端執行器故障因素的分類源于：現象層顯示功能異常，類型上多樣復雜，原因涉及設計制造與使用損耗，環境含物理化學因素，頻率則關聯維護周期與使用強度，共同構成故障分析的理論框架。因此，結合企業生產一線維修實踐案例的數據分析，從5個維度對故障因素進行分類，見表1。

2.3故障因素維度對末端執行器維修策略的影響

當末端執行器發生故障時，需從多維度深入分析其關聯因素，不僅有助于迅速進行故障診斷，為維修工作構建堅實基礎，有效縮短處理時間，而且為后續的設備維護管理與維修數據分析優化提供了重要依據。這一流程涵蓋故障后的數據收集、經驗積累、設備改進、預防性維修及點檢巡檢項目的增設等多個環節。通過深人的數據分析和優化措施，能夠顯著提升設備維護管理的效率與成效。末端執行器故障因素維度對維修策略的影響，如圖3所示

3末端執行器基于故障因素維度的維修案例 策略分析

工業機器人末端執行器展現出豐富的類型，各自具備獨特的功能并針對性地服務于特定的工業應用場景。從故障因素的5個維度對不同應用場景的末端執行器進行故障維修案例分析，進而深入了解故障因素的成因，并得出其對維修策略的影響及效果。

3.1基于數據的故障診斷與維修方法

對東風柳州汽車有限公司FANUC伺服點焊機器人的各種常見故障維修案例，構建一個故障模式庫，收錄各類故障處理經驗，并持續更新。這些經驗被融入PM/TPM維護標準，指導新項目檢查，形成持續改進的良性循環。維修策略分析案例見表2。

利用故障樹分析法梳理北京京東方光電科技有限公司3年內142臺液晶屏搬運機器人維修記錄，重點排查高頻故障部件，快速定位問題源頭，有效縮減故障修復周期，顯著降低機器人故障導致的生產中斷損失。維修策略分析案例見表3。

基于故障因素維度，通過故障模式庫與故障樹分析助力快速定位問題，數據驅動的優化維修策略能大幅提升維護效率與可靠性，形成良性循環。

3.2 位置偏差的故障診斷與維修

北京奔馳汽車有限公司的工業機器人激光焊接頭AL03兩年內遇14次機械與電氣故障，含鏡組污染、機械變形及電氣問題。經設計維修測試方案及參考點補償法，已修復十余臺ALO3，有效解決機械變形導致的工具參考點偏移問題。維修策略分析案例見表4。

吉利汽車臨?；赝垦b車間涂膠機器人3D膠槍常遇故障，含主針卡滯、電機超差報警等，后者占比高達 70% 。涂膠機器人故障頻發，經預見性維護策略實施，顯著降低了3D膠槍旋轉部件引發的停線，增強了設備穩定性8。維修策略分析案例見表5。

針對位置偏差故障，基于故障現象和原因維度，采取了優化的維修策略，通過優化維修方案及參考點補償法和實施了預見性維護策略，增強了設備穩定性。

3.3直觀目視法的故障診斷與維修

東風商用車車身廠技術人員面臨焊鉗保全難題，問題集中于導向磨損、電化學腐蝕、密封圈老化及拉桿斷裂。焊接線至關重要，焊鉗故障頻發，影響生產及質量，需優化維護方案以提升穩定性。維修策略分析案例見表6。

針對焊鉗保全，基于故障現象與環境維度，采用直觀目視法快速診斷，優化維修策略，實現損件優選替換與設備設計改進，顯著提升焊接機器人穩定性。

3.4報警信息分析的故障診斷與維修

陜西漢德車橋有限公司引進庫卡機器人擰緊機，偶發扭矩不合格報警。排查后疑電氣元件零點漂移致扭矩值低。更換高穩扭矩傳感器，優化控制器程序，提高PR0501值并減小控制扭矩幅度，消除漂移干擾，故障消除，設備恢復正常。維修策略分析案例見表7。

通過案例分析，從故障現象維度出發，依據報警信息分析能夠快速定位故障。針對電氣元件零點漂移的故障原因維度，制定了優化維修策略，采取設備設計與改進策略，更換硬件并調整參數，有效消除了故障。

綜上所述，維修策略分析案例體現了精準維修的高效性，也展示了故障因素維度分析在維修策略制定中的重要作用，為末端執行器的維修提供了有力參考。

4結束語

通過深入分析工業機器人末端執行器故障診斷維修的現狀，提出故障因素5個維度分類方法，并得出其對維修策略的影響。通過實際維修案例分析，驗證了基于故障因素維度的維修策略的有效性。研究表明，準確識別故障因素維度并采取相應的維修策略，能顯著提高故障診斷維修效率，降低維護成本。研究結果為工業機器人末端執行器的故障診斷與維修提供了一種新的思路和方法，對推動工業機器人末端執行器高效化維護發展具有重要意義。

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