關(guān)于機(jī)器人系統(tǒng)在汽車涂裝領(lǐng)域的應(yīng)用

梁慶坡

摘 要：噴涂機(jī)器人在汽車涂裝中采用硬件設(shè)備為基礎(chǔ)，軟件系統(tǒng)集成，達(dá)到按控制數(shù)據(jù)噴涂的目的。汽車車體多樣性、生產(chǎn)的持續(xù)性和涂裝車間工藝的復(fù)雜性都會(huì)對(duì)噴涂機(jī)器人系統(tǒng)的全面、高效、穩(wěn)定功能提出較高的要求。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；噴涂系統(tǒng)；涂裝車間；涂裝生產(chǎn)線

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.043

隨著我國工業(yè)化和自動(dòng)化的不斷發(fā)展，機(jī)器人以其高效率、高精度在工業(yè)生產(chǎn)中越來越受到青睞。特別是近幾年我國的汽車產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化程度不斷提高，使用機(jī)器人進(jìn)行汽車噴涂不僅節(jié)省了很多人力資源，也實(shí)現(xiàn)了品質(zhì)的提升。

1 噴涂機(jī)器人在汽車領(lǐng)域的現(xiàn)狀

1.1 噴涂機(jī)器人系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前，我國的各大汽車企業(yè)使用的噴涂機(jī)器人基本集中在5家機(jī)器人廠商，瑞士ABB、日本安川電機(jī)、日本發(fā)那科、日本川崎機(jī)器人和德國庫卡機(jī)器人占據(jù)我國70%以上的市場(chǎng)份額，幾乎壟斷了機(jī)器人的制造和售后服務(wù)，且基本都實(shí)現(xiàn)了本土化生產(chǎn)。在國外企業(yè)持續(xù)對(duì)中國市場(chǎng)發(fā)力的同時(shí)，中國企業(yè)還處在“亂干快上”的階段，僅有的幾家中國企業(yè)，比如新松、廣州數(shù)控也主要集中在系統(tǒng)集成的業(yè)務(wù)范圍內(nèi)。從使用者的角度看，對(duì)于國外大企業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器人設(shè)備，即使出現(xiàn)問題，也認(rèn)為是使用者使用不當(dāng)造成的；而國內(nèi)的機(jī)器人設(shè)備出現(xiàn)問題就會(huì)被認(rèn)為是質(zhì)量較差，進(jìn)而導(dǎo)致國內(nèi)廠商在拓展業(yè)務(wù)時(shí)候失去了很多機(jī)會(huì)。

1.2 噴涂機(jī)器人系統(tǒng)的優(yōu)越性

現(xiàn)代的汽車工業(yè)不僅在規(guī)格和式樣上不斷更新，對(duì)工廠的生產(chǎn)能力也不斷提出了更高的要求，且品質(zhì)要求日益提高，傳統(tǒng)的人工噴涂已經(jīng)很難適應(yīng)這些高要求了。機(jī)器人內(nèi)表面的自動(dòng)噴涂系統(tǒng)的高效性、穩(wěn)定性、靈活性正好解決了這一問題。采用機(jī)器人噴涂的五大優(yōu)點(diǎn)為：①良好的噴涂效率能使車體的上漆率達(dá)到85%以上，減少了不必要的浪費(fèi)；②很大程度上減少了工作環(huán)境對(duì)人體的傷害和對(duì)環(huán)境的污染；③生產(chǎn)速度提高了5倍，降低了生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的利潤率；④車體表面噴涂均勻，膜厚可控性強(qiáng)，易調(diào)整；⑤機(jī)器人軟件三維模擬系統(tǒng)和模塊化集成使企業(yè)管理更加輕松、快捷。

2 噴涂機(jī)器人在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 噴涂機(jī)器人的模式和應(yīng)用范圍

從20世紀(jì)90年代開始，噴涂機(jī)器人經(jīng)歷了3種模式的更替：①動(dòng)/靜模式。車體進(jìn)入涂裝生產(chǎn)線，在線體上靜止噴涂，機(jī)器人可以移動(dòng)。②流動(dòng)式噴涂。車體以一定的速度通過噴涂區(qū)域，機(jī)器人保持不動(dòng)。③同步模式。車體勻速通過噴涂生產(chǎn)線，機(jī)器人跟蹤噴涂，可以根據(jù)需要改變機(jī)器人的姿勢(shì)和噴槍的角度。

汽車廠商的工藝要求是噴涂機(jī)器人的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，因此，機(jī)器人需要適應(yīng)不同的工作環(huán)境。通常情況下，我們有4種工作環(huán)境，分別為水性漆機(jī)器人系統(tǒng)、油性漆機(jī)器人系統(tǒng)、涂膠機(jī)器人系統(tǒng)、PVC&SGC機(jī)器人系統(tǒng)。為了適應(yīng)內(nèi)側(cè)涂裝的要求，我們可以將霧化噴槍更換成操作夾具，進(jìn)而成為了開關(guān)門機(jī)器人。此外，每種機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是相同的。

2.2 噴涂機(jī)器人的使用場(chǎng)所和環(huán)境

汽車廠涂裝室內(nèi)的噴涂環(huán)境比較惡劣，在設(shè)計(jì)涂裝室時(shí)需要考慮機(jī)器人所需的環(huán)境控制問題，滿足以下環(huán)境要求：①設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的周圍溫度保持在0～40 ℃；②濕度為20%～80%，不結(jié)露；③無灰塵、粉塵、油煙、水；④不受大的沖擊和震動(dòng)；⑤不接近電氣噪聲源（TIG焊接裝置等）；⑥安裝面的平面度在0.5 mm以下。

3 噴涂機(jī)器人系統(tǒng)的組成及功能介紹

噴涂機(jī)器人實(shí)際上是一種通過程序發(fā)出指令，控制柜啟動(dòng)關(guān)閉相應(yīng)閥門實(shí)現(xiàn)噴涂的機(jī)械手臂。一般的機(jī)器人系統(tǒng)包括以下4個(gè)部分：①機(jī)械機(jī)構(gòu)部分。②控制系統(tǒng)部分。主要控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作時(shí)間，包括示教再現(xiàn)、信息存儲(chǔ)和I/O模塊。③驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部分。液壓的、啟動(dòng)的、電氣的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。④噴涂執(zhí)行部分。

受到汽車廠涂裝車間布局的影響，我們必須先確定涂裝機(jī)器人的分布位置，通過合理的定位固定基礎(chǔ)底座，這是機(jī)器人物理位置的原點(diǎn)。機(jī)器人本體是類似手臂通過6或7個(gè)連接軸實(shí)現(xiàn)軌跡移動(dòng)的，每一段連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡的集合就是車體噴涂所需要的覆蓋面積。PLC程序系統(tǒng)是整個(gè)噴涂機(jī)器人系統(tǒng)的“大腦”，它通過各種控制實(shí)現(xiàn)整個(gè)環(huán)境的運(yùn)行邏輯，每一步的動(dòng)作都是設(shè)計(jì)的主體，相關(guān)聯(lián)的各個(gè)條件都有非常強(qiáng)的邏輯關(guān)系。當(dāng)PLC發(fā)出指令后，它會(huì)調(diào)用管理模塊中的各種數(shù)據(jù)，在已經(jīng)寫定的機(jī)器人動(dòng)作前，數(shù)據(jù)會(huì)傳送給機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)我們所需要的數(shù)值。通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了每一個(gè)模塊與“大腦”的數(shù)據(jù)交換和反饋。如果出現(xiàn)危險(xiǎn)或不完善的動(dòng)作，通信系統(tǒng)就會(huì)反饋給“大腦”，發(fā)出報(bào)警提示。

涂料管路系統(tǒng)就像我們?nèi)梭w的血管，貫穿在機(jī)器人的身體內(nèi)部，它是涂料運(yùn)輸?shù)妮d體。通過涂料系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)涂料的流通。空氣管路系統(tǒng)不僅能將涂料從涂料儲(chǔ)存罐內(nèi)打壓到管路中，還能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在動(dòng)作時(shí)候各種閥門的關(guān)閉動(dòng)作，這樣可在涂料時(shí)開啟閥門，不需要涂料時(shí)關(guān)閉閥門，從而自由支配所需涂料的時(shí)間。旋杯系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)汽車噴涂品質(zhì)的關(guān)鍵，其有很多孔，壓縮空氣通過這些孔形成我們所需要的形狀，從而控制油漆從機(jī)器人噴出的范圍，再通過量的控制實(shí)現(xiàn)品質(zhì)要求的膜厚。這個(gè)裝置很關(guān)鍵，由于我們的油漆噴涂在車體上，如果噴漆太薄，則不能起到抗腐蝕和抗輕微撞擊的效果；如果油漆太厚，則會(huì)影響車體外觀，且造成較大的資源浪費(fèi)。

4 機(jī)器人自動(dòng)噴涂生產(chǎn)線

為了滿足汽車噴涂的工藝要求，通常會(huì)分出多個(gè)噴涂區(qū)域，內(nèi)外水性漆噴涂、清漆噴涂以及涂膠噴涂等。以下通過涂膠系統(tǒng)畫面進(jìn)行了解，具體如圖1所示。

涂膠車體識(shí)別區(qū)域可區(qū)分不同型號(hào)和規(guī)格的車體，并將信號(hào)傳送給機(jī)器人；車體計(jì)數(shù)系統(tǒng)可通過編碼器計(jì)算出車體移動(dòng)的位置，并將信號(hào)傳送給機(jī)器人；機(jī)器人啟動(dòng)系統(tǒng)可通過編碼器計(jì)算出機(jī)器人啟動(dòng)的位置，并將信號(hào)傳送給機(jī)器人；機(jī)器人噴涂區(qū)域的機(jī)器人可噴涂車體。

5 結(jié)束語

噴涂機(jī)器人在我國已經(jīng)普遍應(yīng)用于汽車涂裝工業(yè)，努力研究噴涂機(jī)器人前沿技術(shù)，追趕國際步伐，中國本土企業(yè)任重道遠(yuǎn)。希望相關(guān)部門能給予政策支持，使本土機(jī)器人企業(yè)能夠拓展更多的業(yè)務(wù)，加速機(jī)器人開發(fā)的速度。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕