基于多機器人協作和視覺技術的智能噴涂工作站設計

中圖分類號：TP23 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2025）14-0056-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.14.015

0 引言

工業機器人憑借著通用性強、靈活性高、可編程等優點，在中國智能制造領域占據著舉足輕重的地位，但很多情況下，單純地通過示教點位手動編程噴涂，不僅操作復雜煩瑣，而且耗時較長。尤其是在工業機器人傳統噴涂行業[1]，當待噴工件的類型更換后或噴涂位置發生改變時，需要重新示教噴涂軌跡，大大降低了自動化應用效率。而通過工業相機拍照獲取圖像，利用搬運機器人和噴涂機器人進行多機器人協作，并根據視覺系統處理的噴涂輪廓坐標完成智能化噴涂，比較傳統示教噴涂方式，提高了工業生產效率且具有實用價值[2]。

1 噴涂工作站總體方案設計

噴涂工作站需實現以下功能：搬運機器人從待噴涂區取料，到達相機拍照區，等待視覺系統采集圖像，并對噴涂圖案進行預處理，輸出噴涂坐標給噴涂機器人。噴涂機器人完成噴涂后，搬運機器人將加工好的成品搬運放置于成品區，完成周期性循環。

根據以上需求，硬件選型如下：

工業相機選用海康威視MV-CAD60-11GM，該相機為基礎型面陣相機，噪點較低，圖像質量優異，最高幀率可達17fps。

噴涂機器人選用IRB52-12-700-1005。該款機器人被稱為“緊促型噴涂專家”，其體型小，工作范圍大，柔性與通用性強，能減少涂料消耗。

搬運機器人要求時間節拍短且穩定，能與噴涂機器人完美協作，選用IRB2800ID-8-200。該型號工業機器人有較大的載荷能力，能最大限度縮短時間節拍，提高上下料效率，提高綜合作業的產能。

搬運機器人與噴涂機器人均為中型機器人，負載相對較大，均選用標準型控制柜。兩臺機器人協同工作，工作區域有部分重疊，為確保安全，均需開通608-1WorldZones區域監控功能選項，該選項可以安全監控并消除兩臺機器人相撞的可能性。

機器人輸入、輸出信號較多，如安全監控信號、傳感器檢測信號、吸盤開關信號、噴槍開關信號等。搬運機器人均為數字量輸入、輸出，選取DSQC652IO板卡，該板卡有16路數字輸入、16路數字輸出。噴涂機器人涉及模擬量輸出控制，如噴涂流量控制為模擬量輸出控制，選取DSQC651IO板卡，該板卡有8路數字輸入、8路數字輸出、2路模擬量輸出。

噴涂機器人需開通616-1PCInterface選項，該選項是ABB工業機器人使用Socket通信的前提，它允許機器人系統通過TCP/IP網絡協議在各臺計算機之間傳輸應用數據，從而實現機器人系統與視覺系統的通信，傳遞噴涂軌跡信息。

本工作站是由視覺系統進行噴繪輪廓識別，生成噴涂坐標，噴涂機器人根據坐標數據，實現智能化噴涂。考慮到噴涂要求視野好，識別范圍廣，光源環境穩定，相機為固定安裝，不跟隨機器人TCP（ToolCenterPoint，工具中心點）運動。機器人有一定的工作空間，超出工作空間機器人系統會報限位或者軸配置錯誤，影響正常的生產節拍。因此，需進行空間布局驗證，以便機器人順利到達各個取料和放料位，并順利完成噴涂工作。噴涂系統總體方案及工作空間驗證如圖1所示。

2 噴涂工作站視覺系統設計

當搬運機器人將待噴涂廣告牌搬運至噴涂區時，機器人系統發出拍照信號給視覺系統，觸發相機拍照，相機拍照采集圖像。

OpenCV是一個跨平臺計算機視覺和機器學習軟件庫。視覺系統采用Python語言，并調用OpenCV等庫文件。當工業相機拍照采集到圖像后，運用OpenCV將彩色圖像進行灰度化等預處理，獲取圖像輪廓及其幾何特征信息。

識別的圖像輪廓返回到輪廓數組contours。由于噴涂每一條輪廓之后噴涂機器人需關閉并抬起噴槍，故需記錄總線條數和每一條輪廓內有多少個點；每一個contours元素中包含一條輪廓所有點的x、y像素坐標，按照順序每10個像素記錄一個點。數據轉換處理后存儲在array數組中，通過socket通信發送給機器人。噴涂工作站視覺系統流程如圖2所示。

3 噴涂工作站機器人系統設計

噴涂工作站機器人系統，第一步，需先判斷兩個機器人的工具坐標原點是否在各自的pHome點；第二步，搬運機器人移動至取料區取待噴涂品，放置在噴涂位置上；第三步，觸發相機拍照，視覺系統將噴涂軌跡信息發送給噴涂機器人；第四步，噴涂機器人根據視覺系統發來的信息完成噴涂后回到初始位置；第五步，搬運機器人將噴涂完成品從噴涂區取料到噴涂成品放置區，完成周期性循環。整個噴涂工作站機器人系統工作流程如圖3所示。

機器人程序設計采用了主程序調用子程序的方式進行編程設計。根據流程圖規劃，添加了rInitialize初始化程序、pHome點判斷程序、取放料程序、安全區域監控程序、節拍測試程序以及合理的寫屏與人機交互程序。部分關鍵性程序如下：

1） PROC Main（ 2）rInitialize;＼＼初始化 3）WHILEDo5_Safety=1DO 4）WaitSyncTasksync1，task_list_2_1；＼＼搬運機器

人通信 5）rClinent；＼＼相機通信 6rCalculate;＼＼噴繪點位計算 7）rPengtu;＼＼噴涂 8）MoveJ pHome_1，Max_speed，z50，pengqiang_2＼

WObj wobjo；＼＼回安全點 9）WaitSyncTasksync2，task_list_1_2;＼＼搬運機器

人通信 10）ENDWHILE 11）ENDPROC

4噴涂工作站系統調試及驗證

4.1 視覺處理及輸出

搬運機器人將待噴涂件搬運到噴涂位置，拍照信號觸發，噴涂的圖案傳到視覺系統中做預處理，灰度化處理和預處理完成圖像如圖4所示。

圖片預處理后識別輪廓，輸出像素坐標值傳遞給機器人系統。

4.2 機器人智能噴涂仿真調試

基于RobotStudio軟件開啟機器人socket通信，進行Smart組件仿真時，視覺系統IO信號連接Smart組件系統IO信號，Smart組件系統IO信號再與機器人系統的IO信號進行連接，從而實現視覺系統IO信號與機器人系統IO信號的連接，再進行仿真調試驗證。

仿真調試實現如圖5所示，搬運機器人從半成品區取待噴涂品，穩定地放置在待噴涂區，相機完成拍照，將視覺數據傳遞給噴涂機器人，噴涂機器人完成噴涂后，搬運機器人將噴繪好的成品搬運至成品區廣告牌放置架上，以此類推，實現周期性循環。

5 結束語

本文針對傳統的噴涂工作站操作煩瑣且耗時較長、效率較低問題進行改進和創新，基于搬運機器人和噴涂機器人協作并融合視覺技術，能快速識別噴涂軌跡并進行噴涂作業，擺脫了傳統噴涂方式的桎梏，實現了智能化高效率的生產。

[參考文獻]

[1］萬燕英.噴涂機器人軌跡編程技術綜述[J].科技資訊，2024，22（3）：39-42.

[2]斌，潘敬鋒，李元，等.智能噴涂機器人編程方法與遙操作技術研究綜述[J].控制與決策，2025，40（4）：1057-1078.

收稿日期：2025-04-16作者簡介：李皓 （1985-） ，男，湖北武穴人，講師，工程師，研究方向：智能控制及智能制造。