機(jī)器人在拖拉機(jī)底盤涂裝中的應(yīng)用

楊大芳， 謝富明， 戈廣嶺

（第一拖拉機(jī)股份有限公司，河南洛陽471001）

1 機(jī)器人噴涂系統(tǒng)概述

目前，機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于汽車涂裝生產(chǎn)。采用機(jī)器人涂裝不僅節(jié)省了大量人力和財(cái)力，同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率。但相對(duì)于手工噴漆，機(jī)器人系統(tǒng)復(fù)雜，只有正確應(yīng)用和有效配合，并采取必要的安全保護(hù)措施，才能使其優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮，帶來更大的效益。

在現(xiàn)代化的汽車涂裝生產(chǎn)中，機(jī)器人是不可缺少的設(shè)備之一。汽車涂裝工藝中采用機(jī)器人噴涂，具有很多優(yōu)勢(shì)，如機(jī)器人能做到操作工難以適應(yīng)的高強(qiáng)度、快節(jié)拍連續(xù)噴涂；能夠適應(yīng)對(duì)人體有害的噴漆操作，有效避免了噴涂作業(yè)對(duì)噴漆工人所帶來的身體傷害；能夠使噴涂過程更精確，有效保證產(chǎn)品漆膜的一致性；能夠有效提高油漆利用率，減少油漆消耗。采用機(jī)器人代替人來完成噴涂工作，不但可以節(jié)省人力及材料消耗，而且還能大大提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，公司決定在大輪拖底盤涂裝線采用機(jī)器人自動(dòng)噴涂系統(tǒng)。

2 拖拉機(jī)底盤機(jī)器人噴涂系統(tǒng)組成

機(jī)器人自動(dòng)化噴涂系統(tǒng)，在國內(nèi)還是首次被使用到農(nóng)機(jī)行業(yè)。它的投產(chǎn)為建設(shè)我國農(nóng)機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。它運(yùn)用了先進(jìn)的電機(jī)變頻、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，氣動(dòng)控制技術(shù)，光電控制技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，PLC控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等。

機(jī)器人噴涂系統(tǒng)是由多個(gè)子系統(tǒng)組成的復(fù)雜自動(dòng)控制系統(tǒng)，只有當(dāng)各子系統(tǒng)相互配合才能完成自動(dòng)噴涂工作。大輪拖涂裝線噴涂系統(tǒng)包括FANUC防爆噴涂機(jī)器人P-250iA，噴涂工藝控制柜（PCE），噴涂系統(tǒng)控制柜（SCC），AVX自動(dòng)混氣噴槍，集中供漆系統(tǒng)，射頻識(shí)別系統(tǒng)（RFID）及配套工藝設(shè)備。

拖拉機(jī)底盤涂裝系統(tǒng)主要采用4臺(tái)P-250iA機(jī)器人來完成底盤面漆的自動(dòng)噴涂，機(jī)器人噴漆系統(tǒng)具有降級(jí)、防撞和在線跟蹤等功能。生產(chǎn)時(shí)機(jī)器人系統(tǒng)通過成對(duì)的光電開關(guān)來判斷底盤的各種信息；同時(shí)該系統(tǒng)能夠自動(dòng)接收來自識(shí)別系統(tǒng)或人工手動(dòng)輸入的待噴涂底盤信息，并將收到的信息與預(yù)置的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，最后將當(dāng)前的噴涂信息分別傳遞給4臺(tái)機(jī)器人執(zhí)行。當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)故障時(shí)，操作工可手動(dòng)將故障機(jī)器人移動(dòng)到BYPASS位置，并將該機(jī)器人退出生產(chǎn)模式，機(jī)器人系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)取降級(jí)程序讓其他正常的機(jī)器人執(zhí)行，更好地保證了拖拉機(jī)的連續(xù)性生產(chǎn)，噴涂機(jī)器人布局示意圖見圖1。

圖1 噴涂機(jī)器人布局示意圖

機(jī)器人采用地面固定底座安裝，底盤吊掛在驅(qū)動(dòng)鏈上，由驅(qū)動(dòng)站驅(qū)動(dòng)鏈條而使拖拉機(jī)底盤以一定的速度移動(dòng)，當(dāng)?shù)妆P運(yùn)行到機(jī)器人工作區(qū)域時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)調(diào)用預(yù)置好的軌跡程序來完成底盤的噴涂。在輸送鏈上裝有編碼器，編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)傳遞給機(jī)器人控制柜和PLC的高速計(jì)數(shù)器；由于每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的移動(dòng)距離為固定值，根據(jù)檢測(cè)到的脈沖數(shù)即可計(jì)算出底盤移動(dòng)的具體距離。生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)?shù)妆P移動(dòng)至機(jī)器人噴涂工位并碰到機(jī)器人啟動(dòng)的光電開關(guān)后，機(jī)器人就能準(zhǔn)確檢測(cè)到車身的具體位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)底盤的位置跟蹤。

3 機(jī)器人噴涂自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)通常與在線機(jī)型識(shí)別系統(tǒng)是分不開的。拖拉機(jī)底盤涂裝生產(chǎn)采用了射頻識(shí)別系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)化生產(chǎn)。系統(tǒng)通過寫入和讀取底盤吊車上的存儲(chǔ)器信息來為機(jī)器人提供信號(hào)輸入，當(dāng)?shù)妆P觸發(fā)機(jī)器人啟動(dòng)光電開關(guān)時(shí)，識(shí)別系統(tǒng)將讀取該底盤信息并發(fā)送給機(jī)器人執(zhí)行。由于拖拉機(jī)底盤配置繁多，且拖拉機(jī)底盤生產(chǎn)按照用戶訂單進(jìn)行生產(chǎn)，而噴涂軌跡程序又需要按照用戶訂單上底盤配置進(jìn)行組合，這造成了系統(tǒng)無法自動(dòng)識(shí)別并進(jìn)行組合出對(duì)應(yīng)底盤的噴漆軌跡程序。因此，我們需要通過人工排列組合的方式來完成拖拉機(jī)底盤噴漆軌跡程序，并將常用的噴漆軌跡程序都預(yù)置到機(jī)器人系統(tǒng)中，再按照排列組合方式將機(jī)器人噴漆軌跡程序與對(duì)應(yīng)拖拉機(jī)底盤型號(hào)預(yù)存入射頻識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。在生產(chǎn)中，由射頻識(shí)別系統(tǒng)來判斷并給機(jī)器人發(fā)送當(dāng)前被涂底盤的軌跡程序號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)底盤的全自動(dòng)涂裝生產(chǎn)。因此我們需要按照生產(chǎn)訂單及時(shí)維護(hù)機(jī)器人系統(tǒng)中的噴涂程序和射頻識(shí)別系統(tǒng)中的機(jī)型程序關(guān)系數(shù)據(jù)庫信息，以保證射頻識(shí)別系統(tǒng)與機(jī)器人噴涂系統(tǒng)相適應(yīng)，最終達(dá)到全自動(dòng)噴涂的目的。對(duì)于未預(yù)先維護(hù)的特殊機(jī)型，需要采取人工手動(dòng)輸入程序號(hào)的方式來臨時(shí)更改噴涂程序，避免系統(tǒng)在沒有找到相關(guān)機(jī)型程序的情況下而出現(xiàn)漏噴的現(xiàn)象。

4 機(jī)器人噴涂系統(tǒng)程序編制

在噴涂過程中，機(jī)器人需要控制噴槍與拖拉機(jī)底盤被噴涂表面保持正確的角度和恒定的距離，同時(shí)需要確定噴槍的運(yùn)動(dòng)軌跡和相應(yīng)的噴涂參數(shù)。因此在硬件布置到位后，要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴漆，就必須要預(yù)先編制好符合對(duì)應(yīng)底盤外部輪廓結(jié)構(gòu)要求的噴涂軌跡程序。為了能編制出準(zhǔn)確的噴涂軌跡程序，通常采用現(xiàn)場(chǎng)示教的方式。按照混氣噴槍及水性油漆噴涂要求，選擇噴幅在200～300m和50%的噴幅搭接率進(jìn)行噴涂軌跡示教。再根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的不同，分別調(diào)整噴涂的走槍速度、流量及扇幅以達(dá)到底盤面漆的漆膜質(zhì)量。機(jī)器人噴涂拖拉機(jī)底盤示意圖如圖2。

圖2 機(jī)器人噴涂拖拉機(jī)底盤示意圖

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流水線生產(chǎn)就必須編制各種機(jī)型的噴涂軌跡程序；要在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、批量小、品種多樣化的拖拉機(jī)底盤生產(chǎn)中使用機(jī)器人自動(dòng)化噴涂，就需要編制出每種機(jī)型相應(yīng)的噴涂程序；這也正是實(shí)現(xiàn)不斷變化產(chǎn)品的柔性化自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵。采用示教模式編程時(shí)需要每種機(jī)型的底盤樣件，而底盤是根據(jù)用戶訂單所選配置進(jìn)行生產(chǎn)的，因此每天都會(huì)有很多新增機(jī)型的可能，這為實(shí)現(xiàn)各種機(jī)型噴涂軌跡程序的編制帶來了很大的難度。

要保證機(jī)器人的連續(xù)生產(chǎn)，就需要我們尋找更合理的軌跡程序編制方法。根據(jù)拖拉機(jī)底盤結(jié)構(gòu)，我們需要對(duì)拖拉機(jī)底盤進(jìn)行歸類，分別對(duì)拖拉機(jī)底盤各配置部件進(jìn)行模塊化編程。再通過組合各模塊程序來完成拖拉機(jī)噴漆。即當(dāng)用戶訂單上需要的拖拉機(jī)底盤配置發(fā)生變化時(shí)，我們可以調(diào)換變化部件的程序塊以適應(yīng)不斷變化的復(fù)雜結(jié)構(gòu)拖拉機(jī)的小批量連續(xù)生產(chǎn)。在噴涂程序的編制過程中，首先采用離線編程的方式，對(duì)各個(gè)型號(hào)的拖拉機(jī)底盤各個(gè)部件進(jìn)行編程（離線編程如圖3所示）。然后進(jìn)行機(jī)器人噴漆試運(yùn)行，在實(shí)際運(yùn)行中調(diào)整不合理的噴漆軌跡。再分別對(duì)調(diào)整好的程序進(jìn)行備注，要求將各部件與該部件的噴漆軌跡程序?qū)?yīng)。最后按照生產(chǎn)中的拖拉機(jī)底盤配置進(jìn)行組合來完成整個(gè)底盤的噴涂。當(dāng)我們把拖拉機(jī)各種配置各個(gè)部件的機(jī)器人噴涂程序都編制完成后，不管用戶選裝什么配置，我們都可以通過更換或調(diào)用對(duì)應(yīng)配置的噴涂程序來實(shí)現(xiàn)程序的快速編制。

5 結(jié)語

機(jī)器人的全自動(dòng)噴涂生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)底盤的精確噴涂和環(huán)保涂裝。機(jī)器人噴涂大大提高了噴涂精度，保證了拖拉機(jī)底盤油漆質(zhì)量，減少了油漆的損耗，更重要的是有效避免了噴涂作業(yè)對(duì)工人的傷害。

自從該涂裝線投產(chǎn)后，大幅度地提高了拖拉機(jī)底盤面漆噴涂質(zhì)量。改善了拖拉機(jī)底盤外觀質(zhì)量，為拖拉機(jī)用戶提供了更高品質(zhì)的產(chǎn)品，更為我廠創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟(jì)效益。拖拉機(jī)底盤機(jī)器人噴涂系統(tǒng)的應(yīng)用，使我廠實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)底盤涂裝生產(chǎn)的自動(dòng)化，使我國拖拉機(jī)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平得到了巨大的提高，對(duì)我國農(nóng)機(jī)向國際先進(jìn)農(nóng)機(jī)發(fā)展具有重大的意義。