識圖技術在“1+X”工業機器人操作與運維中的應用

鮑 敏，王 瑩，楊俊偉

（黑龍江職業學院，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 工業機器人系統構成

1.1 工業機器人結構

工業機器人每一個關節都由一臺伺服電機驅動，因此，如果將機器人分解，發現六軸工業機器人是由若干臺伺服電經減速后驅動運行部件的機械運動機構的疊加和組合。

1.2 工業機器人驅動裝置

工業機器人如果只有六軸機構是不可以正常運轉的，就好比人只有骨骼是不能完成運動的，需要有“肌肉”的幫助，工業機器人的肌肉組織就是驅動系統，通過轉動或移動連桿來改變機器人的形態。“工業機器人減速器+伺服電機+伺服控制系統”共同努力不僅為工業機器人提供了足夠的力量在連桿帶動負載的情況下進行加速或減速，還為工業機器人提供精準的控制能力。工業機器人減速機從結構上分類主要有諧波減速器、RV 減速器；工業機器人結構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；按照系統中是否存在反饋可分為開環控制、半閉環控制以和閉環控制。

1.3 工業機器人末端執行器

末端執行器可以理解為根據不同作業需要而在工業機器人末端安裝的響應裝置。比如上料過程中，工業機器人需要抓取工件，需要給工業機器人安裝抓手裝置，并控制手爪的開閉，完成抓取任務。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 工業機器人控制系統

工業機器人的控制系統是機器人的關鍵部件，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。控制系統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。該系統包括：計算機的硬件系統和運行控制軟件、輸入輸出設備、驅動系統、傳感器系統等。

1.5 工業機器人操作與運維職業技能等級標準對識圖技能的要求

通過分析對工業機器人的組成內容，可以看出工業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機器人本體的控制。工業機器人操作與運維職業技能等級標準對初級等級的要求為學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。工業機器人操作與運維職業技能等級標準對中級的要求為，學生能依照機械圖紙以及工藝卡片，正確安裝工業機器人應用系統；能正確安裝系統液壓、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需求組裝而成的。根據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，同時也是生產和檢查機械零件的圖樣，也稱為零件工作圖[2]。在生產實踐中，要按照產品圖紙和技術要求進行生產準備，完成加工制造和進行檢測。所以，這是一個重要的技術文檔，可用于指導零部件的制造。

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系的圖樣，同樣也是生產中的重要技術文件。在生產過程中，首先要進行設計，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資料。

2.2 機械圖讀識

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

圖1 裝配圖例

2.3 工業機器人裝配與工藝卡識讀

工藝卡作為裝配工藝的標準化文件在日常生產中極為重要，工業機器人的裝配過程也是通過工藝卡方式體現。工藝卡不僅包含圖紙中圖形內容還包含裝配說明，更關鍵的是將各工作環節串聯起來，從而起到指導及規范操作的作用，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、開展下一步準備工作或者進行拆除回退：工序名稱指當斷工序的內容，可以是裝配的工作類型、工序關鍵詞、工序分類名稱等；工序內容：對當前工藝的具體描述部分，其中涉及關鍵的操作環節，關鍵參數和關鍵位置會重點強調，并通過關聯后續的圖紙、圖片等進行參考；參考圖紙：在整體裝配過程的零件、裝配關系、裝配后的圖紙信息進行關聯，用于進行參考；參考圖片：針對裝配過程中的關鍵點、關鍵信息、關鍵位置等信息以圖片形式進行展現和比對，從而提升裝配的準確性；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備工作中進行全量體現，避免因個別環節工具準備不足影響裝配流程效率。工藝流程等信息依據不同類型的工藝卡片有不同設置，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標記、時間戳、姓名戳等。

圖2 產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

工業機器人操作與運維職業技能等級考核中，機械裝配圖識圖主要包括工業機器人工作站機械布局圖的識讀、工業機器人安裝工藝卡識讀。在工業機器人操作運維職業節能等級考核中，對于末端執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。準備安裝末端執行器使用的工具、量具以及標準件，調整機器人末端法蘭方向，用力矩扳手把機器人側的工具快換裝置安裝到法蘭盤上并進行固定，確定方向，把末端執行器與工具側快換裝置進行連接。

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、電氣的結構和作用及產品的安裝和使用。電氣布置圖用圖形符號、線框來描述，以及該系統中相關部件之間的聯系。電氣布置圖是用來顯示設備和控制柜中各個部件的安裝位置，并為設備的制造、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備的電氣原理和各個部件的功能，以及它們之間關系的表達方法。電氣原理圖是指電氣電路的基本工作原理及邏輯關系（如配電、控制邏輯、電氣系統結構等），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。其格式包括系統原理框圖、電氣原理圖、控制原理圖等。

以工業機器人電動機驅動原理圖為例，見圖3，具體元件被方框替代，具體信號數據被箭頭替代，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，便于開展系統原理分析和信號流程分析。

圖3 電動機驅動原理圖

見圖4，直接起動控制電路，在起動時，首先關閉開關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，在松開起動鍵時，其自鎖觸點保持接通；當停止時，按下停止鍵，接觸器KM 的線圈失電，它的主觸頭就會被切斷，電機停止轉動。在工業機器人操作與運維職業技能等級標準中，對電路圖的識讀應遵循如下原則：第一，區分主、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、監視功能，掌握系統組成和工作原理[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的電氣元件按照一定規則進行布置的圖紙。根據用途不同可以分為面板布置圖、柜內元件布置圖。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、元件標識等信息，用于指導安裝人員進行標準化、規范化的安裝操作。

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范。接線圖主要包括：電氣相關設備和各元件相對的位置、端子號、文字符號、導線類型、導線號等。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，導線號按照不同需求設置不同分區的編號并在接線兩端保持一致，導線類型同導線截面共同確定了具體所使用的導線規格等。在工業機器人工作站中，工業機器人不僅能動起來，還要精準控制，工業機器人各系統通過接線聯合發揮作用才能保障整體工作狀態。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。在工業機器人工作站電氣控制系統接線時，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備安裝、接線、測試、操作進行規范化展示和指導。

3.5 電氣圖考核要求

在工業機器人操作與運維職業技能等級考核中，主要聚焦典型的工業機器人工作站，因此在電路圖學習中具有一定的相似性。機器人工作站的電氣系統基本原理、組成部分、安裝工藝要求也基本相同，只是因設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、結構、工藝等。在實際操作過程中，要根據工業機器人工作站電氣系統中的電氣、控制原理有一定了解，對布線、接線工藝有一定掌握，能夠根據電氣工藝卡片等內容完成工業機器人電氣、控制系統的安裝，能夠對接線工藝中的問題進行排查和糾正。

4 結論

工業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、懂結構、懂技術；實操部分要會看原理圖、看結構圖、掌握裝配技術。這些都離不開最基本的機械圖、電氣圖、氣動圖，更要會看操作指導書，熟悉工藝卡片對裝配的指導作用，以最有效率、無差錯的方式完成等級考核，并運用相關的知識提升自己的認識和操作技能，完成學習和崗位技能的對接，達到“1+X”的認證意義。