識圖技術(shù)在“1+X”工業(yè)機器人操作與運維中的應(yīng)用

鮑 敏，王 瑩，楊俊偉

（黑龍江職業(yè)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 工業(yè)機器人系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)

工業(yè)機器人每一個關(guān)節(jié)都由一臺伺服電機驅(qū)動，因此，如果將機器人分解，發(fā)現(xiàn)六軸工業(yè)機器人是由若干臺伺服電經(jīng)減速后驅(qū)動運行部件的機械運動機構(gòu)的疊加和組合。

1.2 工業(yè)機器人驅(qū)動裝置

工業(yè)機器人如果只有六軸機構(gòu)是不可以正常運轉(zhuǎn)的，就好比人只有骨骼是不能完成運動的，需要有“肌肉”的幫助，工業(yè)機器人的肌肉組織就是驅(qū)動系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)動或移動連桿來改變機器人的形態(tài)?！肮I(yè)機器人減速器+伺服電機+伺服控制系統(tǒng)”共同努力不僅為工業(yè)機器人提供了足夠的力量在連桿帶動負(fù)載的情況下進行加速或減速，還為工業(yè)機器人提供精準(zhǔn)的控制能力。工業(yè)機器人減速機從結(jié)構(gòu)上分類主要有諧波減速器、RV 減速器；工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)中的伺服電機按照電源類型的不同可分為直流伺服電機、交流伺服電機；按照系統(tǒng)中是否存在反饋可分為開環(huán)控制、半閉環(huán)控制以和閉環(huán)控制。

1.3 工業(yè)機器人末端執(zhí)行器

末端執(zhí)行器可以理解為根據(jù)不同作業(yè)需要而在工業(yè)機器人末端安裝的響應(yīng)裝置。比如上料過程中，工業(yè)機器人需要抓取工件，需要給工業(yè)機器人安裝抓手裝置，并控制手爪的開閉，完成抓取任務(wù)。從類型上可以分為手爪類和工具類。其中手爪類包括夾持類手爪，吸附式手爪包括氣吸式和磁吸式。

1.4 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)

工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)是機器人的關(guān)鍵部件，它可以按照操作者的命令，對其進行操縱，以滿足其工作要求?？刂葡到y(tǒng)的好壞直接影響到整個機器人的工作效率。好的控制器通常應(yīng)具有靈活、方便的操作方式，并具有各種運動控制的形式和安全、可靠的操作方式。該系統(tǒng)包括：計算機的硬件系統(tǒng)和運行控制軟件、輸入輸出設(shè)備、驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)等。

1.5 工業(yè)機器人操作與運維職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)對識圖技能的要求

通過分析對工業(yè)機器人的組成內(nèi)容，可以看出工業(yè)機器人組成包含器械、機電、電氣、控制等部分，并以人作為信號傳遞起始點，通過各控制部分最終完成對工業(yè)機器人本體的控制。工業(yè)機器人操作與運維職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)對初級等級的要求為學(xué)生能夠正確的識讀裝配圖，按照圖紙選用正確的零部件并且能夠確定安裝位置；能夠正確識讀電氣圖，按照圖紙選用正確的電氣元件并且能夠確定安裝位置；能夠正確識讀氣動以及液壓原理圖，按照圖紙正確選用并且能夠確定安裝位置以及管路的連接。工業(yè)機器人操作與運維職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)對中級的要求為，學(xué)生能依照機械圖紙以及工藝卡片，正確安裝工業(yè)機器人應(yīng)用系統(tǒng)；能正確安裝系統(tǒng)液壓、氣動控制回路；能依照電氣圖，正確完成連接[1]。

2 機械裝配圖識圖

2.1 零件圖和裝配圖

機械和零部件都是按照特定的組裝方式和技術(shù)需求組裝而成的。根據(jù)圖紙的種類包括零件圖、組裝圖等。

零件圖是表示單個零件的形狀、尺寸和特征的圖樣，同時也是生產(chǎn)和檢查機械零件的圖樣，也稱為零件工作圖[2]。在生產(chǎn)實踐中，要按照產(chǎn)品圖紙和技術(shù)要求進行生產(chǎn)準(zhǔn)備，完成加工制造和進行檢測。所以，這是一個重要的技術(shù)文檔，可用于指導(dǎo)零部件的制造。

裝配圖是表達機器或部件的工作原理、運動方式、零件間的連接及其裝配關(guān)系的圖樣，同樣也是生產(chǎn)中的重要技術(shù)文件。在生產(chǎn)過程中，首先要進行設(shè)計，繪制裝配圖，再由裝配圖拆分出零件圖，按零件圖加工零件，最后根據(jù)機械裝配圖將零件裝配成組件。同時，在對檢修工作中，裝配圖也是必不可少的技術(shù)資料。

2.2 機械圖讀識

機械圖中的基本要素包括標(biāo)題欄、字體、比例、尺寸標(biāo)注、圖線等。在工業(yè)機器人操作與運維識圖中要重點關(guān)注標(biāo)題欄、比例、圖線、尺寸標(biāo)注。以《齒輪油泵》裝配圖為例，在標(biāo)題欄中需要確定名稱、編號、比例、制圖及審核人員等信息。通過標(biāo)題欄內(nèi)基本信息快速查找圖紙、確認(rèn)圖紙信息，見圖1。通過圖線、標(biāo)注、技術(shù)要求、元件表等信息，分別呈現(xiàn)出組件的形狀輪廓、尺寸編號、技術(shù)要求及各元件之間的相互裝配關(guān)系。

圖1 裝配圖例

2.3 工業(yè)機器人裝配與工藝卡識讀

工藝卡作為裝配工藝的標(biāo)準(zhǔn)化文件在日常生產(chǎn)中極為重要，工業(yè)機器人的裝配過程也是通過工藝卡方式體現(xiàn)。工藝卡不僅包含圖紙中圖形內(nèi)容還包含裝配說明，更關(guān)鍵的是將各工作環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，從而起到指導(dǎo)及規(guī)范操作的作用，見圖2。工序明確了裝配整體流程編號，按照這種順序編號能夠進行工序核對、開展下一步準(zhǔn)備工作或者進行拆除回退：工序名稱指當(dāng)斷工序的內(nèi)容，可以是裝配的工作類型、工序關(guān)鍵詞、工序分類名稱等；工序內(nèi)容：對當(dāng)前工藝的具體描述部分，其中涉及關(guān)鍵的操作環(huán)節(jié)，關(guān)鍵參數(shù)和關(guān)鍵位置會重點強調(diào)，并通過關(guān)聯(lián)后續(xù)的圖紙、圖片等進行參考；參考圖紙：在整體裝配過程的零件、裝配關(guān)系、裝配后的圖紙信息進行關(guān)聯(lián)，用于進行參考；參考圖片：針對裝配過程中的關(guān)鍵點、關(guān)鍵信息、關(guān)鍵位置等信息以圖片形式進行展現(xiàn)和比對，從而提升裝配的準(zhǔn)確性；施工工具：涉及專用工具部分進行提示和說明。要注意工序中的工具一般會在準(zhǔn)備工作中進行全量體現(xiàn)，避免因個別環(huán)節(jié)工具準(zhǔn)備不足影響裝配流程效率。工藝流程等信息依據(jù)不同類型的工藝卡片有不同設(shè)置，對流水線等存在時間配合要求的可以明確裝配參考時間；對需要可追溯的情況下該部分可以使裝配人員確認(rèn)標(biāo)記、時間戳、姓名戳等。

圖2 產(chǎn)品裝配工藝過程卡片基本信息

2.4 機械裝配識圖考核要求

工業(yè)機器人操作與運維職業(yè)技能等級考核中，機械裝配圖識圖主要包括工業(yè)機器人工作站機械布局圖的識讀、工業(yè)機器人安裝工藝卡識讀。在工業(yè)機器人操作運維職業(yè)節(jié)能等級考核中，對于末端執(zhí)行器的安裝需要識圖工藝卡片，首先要確定機器人法蘭盤手腕安裝齒輪。準(zhǔn)備安裝末端執(zhí)行器使用的工具、量具以及標(biāo)準(zhǔn)件，調(diào)整機器人末端法蘭方向，用力矩扳手把機器人側(cè)的工具快換裝置安裝到法蘭盤上并進行固定，確定方向，把末端執(zhí)行器與工具側(cè)快換裝置進行連接。

3 電氣圖識圖

電氣圖是一種簡單的圖表，用以說明工作原理、電氣的結(jié)構(gòu)和作用及產(chǎn)品的安裝和使用。電氣布置圖用圖形符號、線框來描述，以及該系統(tǒng)中相關(guān)部件之間的聯(lián)系。電氣布置圖是用來顯示設(shè)備和控制柜中各個部件的安裝位置，并為設(shè)備的制造、安裝、維護、維修等提供必要的信息。電氣圖包括電氣原理圖、電氣布置圖、電氣接線圖等。

3.1 電氣原理圖

電氣原理圖是一種用來顯示設(shè)備的電氣原理和各個部件的功能，以及它們之間關(guān)系的表達方法。電氣原理圖是指電氣電路的基本工作原理及邏輯關(guān)系（如配電、控制邏輯、電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等），利用電氣原理圖進行電氣電路的分析，排除電路故障，編寫程序。其格式包括系統(tǒng)原理框圖、電氣原理圖、控制原理圖等。

以工業(yè)機器人電動機驅(qū)動原理圖為例，見圖3，具體元件被方框替代，具體信號數(shù)據(jù)被箭頭替代，各組成部分用虛線框進行框選并對具體的功能部分進行注釋。整體簡單明了，便于開展系統(tǒng)原理分析和信號流程分析。

圖3 電動機驅(qū)動原理圖

見圖4，直接起動控制電路，在起動時，首先關(guān)閉開關(guān)QF，接通電源；按下起動鍵SB2，KM 將線圈吸起，使其主觸頭KM 閉合，電機起動；由于KM 的自鎖觸點與SB2 上并聯(lián)，在松開起動鍵時，其自鎖觸點保持接通；當(dāng)停止時，按下停止鍵，接觸器KM 的線圈失電，它的主觸頭就會被切斷，電機停止轉(zhuǎn)動。在工業(yè)機器人操作與運維職業(yè)技能等級標(biāo)準(zhǔn)中，對電路圖的識讀應(yīng)遵循如下原則：第一，區(qū)分主、副、AC、DC，然后按照主、副的順序讀圖；第二，讀圖順序通常是從上往下，從左至右。在查看控制電路的時候，也要從上到下，首先是看電源，然后是其他的回路，分別是控制部分，保護部分，測量部分；指示部分、監(jiān)視功能，掌握系統(tǒng)組成和工作原理[3]。

圖4 電機啟停原理圖

3.2 電氣布置圖

電氣布置圖主要針對電氣柜內(nèi)的電氣元件按照一定規(guī)則進行布置的圖紙。根據(jù)用途不同可以分為面板布置圖、柜內(nèi)元件布置圖。布置圖主要包含電氣元件編號及外形尺寸、元件排布位置、走線槽、元件標(biāo)識等信息，用于指導(dǎo)安裝人員進行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的安裝操作。

3.3 電氣接線圖及安裝工藝

電氣接線圖主要用于電氣元件之間的接線連接工作。根據(jù)元件的布置位置、接線方式，選擇合適的走線路由，接線工藝需要滿足規(guī)范。接線圖主要包括：電氣相關(guān)設(shè)備和各元件相對的位置、端子號、文字符號、導(dǎo)線類型、導(dǎo)線號等。各元件相對的位置要與電氣布置圖一致，文字符號需與電氣原理圖是一致的，端子號需與元件的接線端子是一致的，導(dǎo)線號按照不同需求設(shè)置不同分區(qū)的編號并在接線兩端保持一致，導(dǎo)線類型同導(dǎo)線截面共同確定了具體所使用的導(dǎo)線規(guī)格等。在工業(yè)機器人工作站中，工業(yè)機器人不僅能動起來，還要精準(zhǔn)控制，工業(yè)機器人各系統(tǒng)通過接線聯(lián)合發(fā)揮作用才能保障整體工作狀態(tài)。因此，接線工藝非常重要，需要專用工具和接線輔助材料進行成端，有指定的專用連接線纜、接頭處理方式、接線方式。在工業(yè)機器人工作站電氣控制系統(tǒng)接線時，值得注意的是，同一元件的各個不同的部件是按照不同的功能分布在不同回路中的，識圖過程中，需要特別注意元件的各個不同的部件動作時相互的聯(lián)系。

3.4 電氣圖的工藝卡片

同機械安裝工藝卡片作用一樣，電氣圖的工藝卡片為電氣設(shè)備安裝、接線、測試、操作進行規(guī)范化展示和指導(dǎo)。

3.5 電氣圖考核要求

在工業(yè)機器人操作與運維職業(yè)技能等級考核中，主要聚焦典型的工業(yè)機器人工作站，因此在電路圖學(xué)習(xí)中具有一定的相似性。機器人工作站的電氣系統(tǒng)基本原理、組成部分、安裝工藝要求也基本相同，只是因設(shè)計不同選型不同品牌元件的差異性、接線方式差異、命名方式不同。但在實際等級考核中的考點也主要是原理、結(jié)構(gòu)、工藝等。在實際操作過程中，要根據(jù)工業(yè)機器人工作站電氣系統(tǒng)中的電氣、控制原理有一定了解，對布線、接線工藝有一定掌握，能夠根據(jù)電氣工藝卡片等內(nèi)容完成工業(yè)機器人電氣、控制系統(tǒng)的安裝，能夠?qū)泳€工藝中的問題進行排查和糾正。

4 結(jié)論

工業(yè)機器人操作與運維技能等級考核中，分為理論和實操兩個部分。理論部分要懂原理、懂結(jié)構(gòu)、懂技術(shù)；實操部分要會看原理圖、看結(jié)構(gòu)圖、掌握裝配技術(shù)。這些都離不開最基本的機械圖、電氣圖、氣動圖，更要會看操作指導(dǎo)書，熟悉工藝卡片對裝配的指導(dǎo)作用，以最有效率、無差錯的方式完成等級考核，并運用相關(guān)的知識提升自己的認(rèn)識和操作技能，完成學(xué)習(xí)和崗位技能的對接，達到“1+X”的認(rèn)證意義。