面向整機(jī)的機(jī)器人噴涂系統(tǒng)回顧與展望*

王國(guó)磊；王寧濤；陳 懇

（1. 清華大學(xué)機(jī)械工程系， 北京 100084；2. 中航工業(yè)成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所， 成都 610091）

涂裝作業(yè)易燃易爆，且漆霧有毒有害，對(duì)工人的健康和生命安全威脅很大，而機(jī)器人噴涂不但可以替代人在有毒有害的環(huán)境下工作，而且具有噴涂質(zhì)量穩(wěn)定、避免人身傷害等優(yōu)點(diǎn)。因此，經(jīng)多年發(fā)展，噴涂機(jī)器人現(xiàn)已成為工業(yè)機(jī)器人的最典型應(yīng)用之一，在汽車(chē)、電子、家具等行業(yè)得到了廣泛使用。

但飛機(jī)噴涂，特別是大部件和整機(jī)的噴涂，由于航空產(chǎn)品大多尺寸龐大，遠(yuǎn)超常見(jiàn)工業(yè)機(jī)器人的工作空間，需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、改造或集成形成大型噴涂系統(tǒng)，技術(shù)復(fù)雜度和門(mén)檻較高，目前大多采用航空制造企業(yè)與科研院所聯(lián)合研制的手段，沒(méi)有形成大批量生產(chǎn)。

本文首先對(duì)整機(jī)自動(dòng)化噴涂系統(tǒng)與設(shè)備的現(xiàn)有成果進(jìn)行簡(jiǎn)要回顧，進(jìn)而對(duì)整機(jī)噴涂系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和探討，藉此對(duì)整機(jī)噴涂技術(shù)的未來(lái)發(fā)展路線(xiàn)進(jìn)行了梳理，供業(yè)內(nèi)人士參考。

代表性整機(jī)噴涂系統(tǒng)

1 波音公司的輔助噴涂系統(tǒng)

20世紀(jì)90年代，為了對(duì)客機(jī)表面進(jìn)行噴涂，波音公司將大型工作平臺(tái)安裝在塔式起重機(jī)上，噴涂時(shí)，工人登上工作平臺(tái)，利用起重機(jī)將工作平臺(tái)和工人運(yùn)送到待噴涂區(qū)域附近，由工人手工完成噴涂任務(wù)，如圖1所示。雖然這套系統(tǒng)運(yùn)用了自動(dòng)化技術(shù)，但目的只是將工人運(yùn)送到指定位置，本質(zhì)上還是人工噴涂，故對(duì)于保護(hù)工人的身體健康，提高涂層均勻性和重復(fù)性而言，幫助并不大。據(jù)報(bào)道，波音公司近期對(duì)此套系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，將塔式起重機(jī)替換為固結(jié)于廠房頂端的龍門(mén)移動(dòng)架。

2 SAFARI系統(tǒng)

1994年，美國(guó)華納羅賓斯空軍后勤中心和佐治亞羅賓斯空軍基地聯(lián)合發(fā)表了一份報(bào)告，在報(bào)告中介紹了其研制的飛機(jī)表面自動(dòng)噴涂系統(tǒng)（Small Aircraft Finish Application Robotic Installation，SAFARI）。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將噴涂機(jī)器人安裝在具有可移動(dòng)平臺(tái)上，該平臺(tái)能在馬鞍形狀導(dǎo)軌上移動(dòng)，同時(shí)能帶動(dòng)機(jī)器人升高或降低、前伸或后退，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)整個(gè)表面的全方位噴涂，如圖1所示。這套系統(tǒng)主要用于F-15戰(zhàn)斗機(jī)的表面修復(fù)噴涂任務(wù)，也能對(duì)其他翼展在13.1m以下的飛機(jī)進(jìn)行涂裝，如 F-18、F-117、F-14、T-38等。

3 CASPER/LARPS系統(tǒng)

洛克希德·馬丁公司應(yīng)用了計(jì)算機(jī)輔助排機(jī)器人專(zhuān)用漆（Computer Aided Special Paint Expelling Robot，CASPER）系統(tǒng)，最初的目的是完成F-22 戰(zhàn)斗機(jī)部分組件的噴涂，隨著系統(tǒng)不斷完善和集成，具備了噴涂中機(jī)身和整機(jī)的能力。

大型飛機(jī)機(jī)器人噴涂系統(tǒng)（Large Aircraft Robot Painting System，LARPS）是這套系統(tǒng)的前身，最初在廷克空軍基地用于涂層去除，2001年經(jīng)美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室改造后用于F-22機(jī)身表面的噴涂。

CASPER和LARPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成類(lèi)似，均在一個(gè)可以大范圍移動(dòng)的無(wú)人搬運(yùn)車(chē)（Automatic Guided Vehicle，AGV）平臺(tái)上安裝有平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm，SCARA）結(jié)構(gòu)的升降臺(tái)，升降臺(tái)末端安裝有6軸噴涂機(jī)器人，通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)和升降臺(tái)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，將機(jī)器人運(yùn)送至待噴涂區(qū)域附近進(jìn)行作業(yè)。

4 RAFS系統(tǒng)

除此之外，比較具有代表性的成果還有洛克希德·馬丁公司制造技術(shù)部開(kāi)發(fā)的機(jī)器人部件精整系統(tǒng)（Robotic Component Finishing System，RCFS）和機(jī)器人飛機(jī)精整系統(tǒng)（Robotic Aircraft Finishing System，RAFS）[1]。RCFS主要完成對(duì) F-35的垂尾、平尾和其他小部件的自動(dòng)化噴涂，而RAFS主要用于對(duì)全機(jī)狀態(tài)下的F-35戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行噴涂，如圖2所示。

RAFS系統(tǒng)由飛機(jī)定位裝置、涂料輸送系統(tǒng)、三坐標(biāo)移動(dòng)單元等組成，其中機(jī)身兩側(cè)的機(jī)器人安裝在水平移動(dòng)導(dǎo)軌上，尾部的機(jī)器人另加備了垂直導(dǎo)軌以能夠噴涂飛機(jī)背部。RAFS系統(tǒng)采用離線(xiàn)編程方法進(jìn)行作業(yè)規(guī)劃，即基于飛機(jī)的三維模型，利用專(zhuān)門(mén)的路徑規(guī)劃軟件生成機(jī)器人軌跡并仿真模擬，極大地減輕了機(jī)器人編程的難度和工作量。此外，這套噴涂系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了飛機(jī)定位裝置，提高了噴涂程序的復(fù)用性。

5 AFADS

為了取代在希爾空軍基地服役超過(guò)20年的老舊去漆系統(tǒng)，美國(guó)西南研究院研制了先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)描繪系統(tǒng)（Advanced Fighter Aircraft Depaint System，AFADS）系統(tǒng)。AFADS系統(tǒng)由兩臺(tái)獨(dú)立機(jī)器人系統(tǒng)（分別布置在飛機(jī)的兩側(cè)）、飛機(jī)定位裝置、操作控制室、漆層去除裝置組成[2]。該系統(tǒng)在舊系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做了一系列的技術(shù)改進(jìn)，如機(jī)器人的工作空間增大了3m、采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的機(jī)械手臂，末端執(zhí)行器更靈活，可以更好地適應(yīng)復(fù)雜的飛機(jī)表面等。目前，西南研究院正在圍繞激光去漆技術(shù)、路徑編程技術(shù)和移動(dòng)平臺(tái)做進(jìn)一步的探索。

6 國(guó)內(nèi)進(jìn)展

隨著舊戰(zhàn)機(jī)更新?lián)Q代和新戰(zhàn)機(jī)量化生產(chǎn)的需求日益增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)對(duì)自動(dòng)化噴涂技術(shù)和設(shè)備的需求開(kāi)始變得強(qiáng)烈起來(lái)，并引導(dǎo)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，如清華大學(xué)研制的超長(zhǎng)特種噴涂機(jī)器人[3]，北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所與沈飛研制的飛機(jī)尾翼自動(dòng)噴涂系統(tǒng)等[4]，但面向整機(jī)狀態(tài)噴涂的只有某制造廠與清華大學(xué)聯(lián)合研制的大型多機(jī)器人噴涂系統(tǒng)取得了實(shí)際應(yīng)用，在結(jié)構(gòu)、控制、測(cè)量、軟件、工藝和系統(tǒng)集成方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)[5-6]。此外，中國(guó)商飛也于2013年開(kāi)始立項(xiàng)對(duì)民用飛機(jī)超大部件的自動(dòng)化噴涂技術(shù)與系統(tǒng)進(jìn)行研究[7]。

圖1 波音公司的輔助噴涂系統(tǒng)Fig.1 Assistant painting systems of Boeing SAFARI

圖2 應(yīng)用于F-35的RAFS系統(tǒng)Fig.2 RAFS system applied in F-35

關(guān)鍵技術(shù)

應(yīng)用機(jī)器人進(jìn)行整機(jī)或大部件級(jí)別的噴涂必須考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）客機(jī)等民用飛機(jī)的長(zhǎng)度動(dòng)輒在30m以上，即使是小型飛機(jī)，長(zhǎng)度和翼展通常也在8m以上，遠(yuǎn)大于常見(jiàn)工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)空間。因此，如何使機(jī)器人能充分、完整地覆蓋整個(gè)對(duì)象表面是研制整機(jī)噴涂系統(tǒng)要面臨的第一個(gè)問(wèn)題。

（2）整機(jī)狀態(tài)下的飛機(jī)重量達(dá)十幾噸甚至幾十噸，難以移動(dòng)和精確定位，安全、可靠地定位飛機(jī)并方便、快捷地測(cè)量其位置和姿態(tài)是系統(tǒng)要考慮的第2個(gè)問(wèn)題。

（3）現(xiàn)代噴涂工藝對(duì)層厚、色差、表面缺陷等工藝要求非常高，即使是相對(duì)來(lái)說(shuō)小型的機(jī)械產(chǎn)品（如手機(jī)、汽車(chē)），也需要經(jīng)驗(yàn)豐富的技師進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的程序示教和調(diào)試，才能調(diào)出合格的機(jī)器人動(dòng)作程序，但飛機(jī)尺寸龐大且造型復(fù)雜，依靠示教器完成機(jī)器人噴涂路徑的規(guī)劃，時(shí)間和難度是不可想象的。況且，對(duì)于批量制造行業(yè)來(lái)說(shuō)，即使程序調(diào)試復(fù)雜也不是問(wèn)題，因?yàn)橐坏┏绦蛘{(diào)試完成即可長(zhǎng)期使用，然而飛機(jī)屬于典型的多品種小批量生產(chǎn)，過(guò)長(zhǎng)的程序調(diào)試時(shí)間容易導(dǎo)致系統(tǒng)工作效率降低。考慮到這些問(wèn)題，面向航空產(chǎn)品特別是整機(jī)級(jí)別對(duì)象的機(jī)器人噴涂設(shè)備研制關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個(gè)方面：

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整機(jī)噴涂系統(tǒng)最首要的內(nèi)容，良好的方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須綜合考慮對(duì)象尺寸、工藝需求和系統(tǒng)集成系統(tǒng)的作業(yè)空間、作業(yè)效率、實(shí)施成本和升級(jí)空間。

從現(xiàn)有整機(jī)噴涂系統(tǒng)的發(fā)展歷程和實(shí)施效果來(lái)看，將關(guān)節(jié)式機(jī)器人搭載于移動(dòng)平臺(tái)上以完整覆蓋大尺度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的噴涂對(duì)象，并采用多臺(tái)噴涂機(jī)器人組成多機(jī)器人噴涂系統(tǒng)以提高系統(tǒng)工作效率是最具效率和成本優(yōu)勢(shì)的方案。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）移動(dòng)變位機(jī)構(gòu)。主要功能是將機(jī)器人運(yùn)送到合適的噴涂站位，從移動(dòng)方式上，現(xiàn)有整機(jī)噴涂系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)可以分為導(dǎo)軌式和AGV兩種；從構(gòu)型上看，有鋪地式、龍門(mén)式和關(guān)節(jié)臂式等；從自由度數(shù)目看，可利用水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)構(gòu)成1～3個(gè)自由度不等的結(jié)構(gòu)。不同的移動(dòng)變位機(jī)構(gòu)各有優(yōu)勢(shì)，對(duì)系統(tǒng)整體布局影響最大，需要根據(jù)對(duì)象尺寸和機(jī)器人工作空間確定。

（2）多機(jī)器人分工和布局設(shè)計(jì)。當(dāng)采用多臺(tái)機(jī)器人組成噴涂系統(tǒng)時(shí)，必須結(jié)合對(duì)各機(jī)器人的分工和布局進(jìn)行優(yōu)化，這要求對(duì)實(shí)際對(duì)象和使用需求非常清楚，且有非常豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（3）車(chē)間設(shè)計(jì)。從生產(chǎn)流程和車(chē)間管理的角度對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)多功能、生產(chǎn)線(xiàn)化、一專(zhuān)多能的噴涂系統(tǒng)專(zhuān)用車(chē)間是提高系統(tǒng)功效和生產(chǎn)效率的重要途徑。

2 機(jī)器人設(shè)計(jì)和選擇

設(shè)計(jì)上，噴涂機(jī)器人必須考慮安全防爆問(wèn)題，以及涂料和空氣管路的走線(xiàn)。非球形空心手腕結(jié)構(gòu)在噴涂機(jī)器人上有比較多的應(yīng)用，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)形式雖然在傳動(dòng)和運(yùn)動(dòng)學(xué)上更為復(fù)雜，但可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部走線(xiàn)?？紤]到 ABB、Kuka、Fanuc、Yaskawa、Dürr等公司都有成熟的噴涂機(jī)器人產(chǎn)品，研制整機(jī)噴涂機(jī)系統(tǒng)也可以采用成品噴涂機(jī)器人進(jìn)行系統(tǒng)集成，這種做法的優(yōu)勢(shì)在于可以縮短研發(fā)周期，且在可靠性、安全性上更有保障。但現(xiàn)有成品噴涂機(jī)器人對(duì)飛機(jī)等大尺度噴涂對(duì)象來(lái)說(shuō)，工作空間普遍偏小，因此選擇成品噴涂機(jī)器人時(shí)需要結(jié)合移動(dòng)變位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)工作空間、重量等性能指標(biāo)做妥善權(quán)衡。

3 編程與仿真

航空產(chǎn)品的大尺寸、復(fù)雜外形使得示教編程工作量和耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，單件小批的生產(chǎn)模式又使得噴涂對(duì)象經(jīng)常發(fā)生變化，因此方便、快捷的編程方法和可以對(duì)噴涂過(guò)程進(jìn)行預(yù)覽的仿真環(huán)境變得十分重要。借助離線(xiàn)編程系統(tǒng)（Offline Programming System, OPS）生成噴槍軌跡是減少機(jī)器人生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的重要手段。

機(jī)器人噴涂離線(xiàn)編程與仿真系統(tǒng)的框架如圖3所示，其輸入是噴涂對(duì)象的三維模型、工藝需求和噴涂對(duì)象與機(jī)器人的位置關(guān)系，規(guī)劃器計(jì)算噴涂軌跡后由解釋器在仿真環(huán)境下進(jìn)行驗(yàn)證，即通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，確保噴涂過(guò)程安全、可實(shí)現(xiàn)，然后將軌跡編譯為機(jī)器人控制程序發(fā)送給控制器控制機(jī)器人進(jìn)行實(shí)際噴涂。如果采用了移動(dòng)變位機(jī)構(gòu)，機(jī)器人工作空間分析、噴涂區(qū)域劃分、機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題都是離線(xiàn)編程系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題[8-11]。

4 對(duì)象定位

圖3 噴涂機(jī)器人離線(xiàn)作業(yè)規(guī)劃框架Fig.3 Off-line programming framework of robotic painting

對(duì)象定位是由于飛機(jī)的大尺寸和大重量特性難以精確?？浚看巫鳂I(yè)前對(duì)飛機(jī)?？课恢煤妥藨B(tài)進(jìn)行測(cè)量，以便將飛機(jī)的位置和姿態(tài)參數(shù)傳送給離線(xiàn)編程系統(tǒng)，對(duì)噴涂軌跡加以修正。航空業(yè)常見(jiàn)的大尺度測(cè)量?jī)x器有激光跟蹤儀、iGPS等，但目前較先進(jìn)的整機(jī)噴涂系統(tǒng)都集成了自身的定位裝置，以降低系統(tǒng)對(duì)外部測(cè)量?jī)x器的依賴(lài)，并減少測(cè)量過(guò)程中人為干預(yù)，提高定位自動(dòng)化程度，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。集成定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)取決于測(cè)量技術(shù)的選擇，如接觸式測(cè)量裝置、激光測(cè)距技術(shù)和CCD相機(jī)等，每種測(cè)量技術(shù)都有自身的優(yōu)勢(shì)和局限。如視覺(jué)傳感器成本最低，但其自身需要標(biāo)定，且成像效果易受光線(xiàn)條件影響，對(duì)算法要求比較高。

將測(cè)量傳感器集成在機(jī)器人末端，利用一個(gè)傳感器測(cè)量多個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，從而減少測(cè)量傳感器的數(shù)量是降低系統(tǒng)成本的有效方式，其本質(zhì)是將機(jī)械臂當(dāng)做測(cè)量臂，利用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算求得測(cè)量標(biāo)識(shí)點(diǎn)的位置。

5 工藝方法與裝備

目前，溶劑型涂料常用的噴涂方法包括空氣噴涂、無(wú)氣噴涂、混氣噴涂、靜電噴涂等。其中空氣噴涂設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作，效率高，適應(yīng)性強(qiáng)，是最為廣泛的噴涂方式?？諝鈬娡吭O(shè)備主要分為3大部分：供氣設(shè)備、供料設(shè)備和噴槍。供氣設(shè)備提供所需要的高壓霧化氣源、扇形控制氣源、槍針控制氣源等；供料設(shè)備則提供涂料攪拌、涂料輸送和控制等功能；噴槍安裝在機(jī)器人末端，是涂料的霧化和涂敷的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

工藝裝備上，空氣噴涂存在較大涂料損耗，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)減少污染、降低能耗日益重視，高上漆率和低能耗的工藝設(shè)備一直都是噴涂技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。從工藝方法上，保障涂層表面質(zhì)量、附著力、厚度均勻性，以及減少過(guò)噴、避免浪費(fèi)都是工藝研究的重要內(nèi)容。

未來(lái)新趨勢(shì)

回顧整機(jī)噴涂系統(tǒng)的發(fā)展歷程可以看出，整機(jī)噴涂技術(shù)在過(guò)去的十余年間取得了巨大的進(jìn)展，但技術(shù)的進(jìn)步是無(wú)止境的，現(xiàn)有噴涂系統(tǒng)在噴涂效能、操作性、安全性、可拓展性、設(shè)備柔性上還有進(jìn)步空間。未來(lái)整機(jī)噴涂系統(tǒng)需要重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵使能技術(shù)包括：

1 更靈活安全的機(jī)械臂

由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性，常見(jiàn)的6自由度工業(yè)機(jī)器人有時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足噴涂作業(yè)的需求，這意味著未來(lái)對(duì)專(zhuān)用、特種、非標(biāo)噴涂機(jī)器人的需求會(huì)越來(lái)越強(qiáng)烈，因?yàn)橹挥嗅槍?duì)具體對(duì)象和工藝需求進(jìn)行深入的分析才能引領(lǐng)本體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。例如，冗余自由度設(shè)計(jì)可以使機(jī)器人具有更大的工作空間、靈活性更高，而具有關(guān)節(jié)力反饋能力的柔性機(jī)械臂在發(fā)生意外碰撞時(shí)更為安全。

2 更智能的編程系統(tǒng)

離線(xiàn)編程相對(duì)于示教來(lái)說(shuō)已經(jīng)極大地減少了程序調(diào)試環(huán)節(jié)的耗時(shí)和工作量，但現(xiàn)有的離線(xiàn)編程系統(tǒng)仍需要大量的人機(jī)操作，特別是噴涂路徑優(yōu)化、運(yùn)動(dòng)仿真、程序檢查、程序修正等環(huán)節(jié)，因此在對(duì)工藝深入了解的基礎(chǔ)上，將路徑規(guī)劃、機(jī)器人軌跡優(yōu)化、干涉校驗(yàn)、工藝參數(shù)與過(guò)程優(yōu)化等環(huán)節(jié)封裝起來(lái)，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，將客戶(hù)端的操作和對(duì)人員的要求降到最低，是未來(lái)的發(fā)展方向。

3 對(duì)象定位與調(diào)姿機(jī)構(gòu)

從現(xiàn)有整機(jī)系統(tǒng)使用經(jīng)驗(yàn)看，使用定位調(diào)姿裝置可減少飛機(jī)的定位誤差，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。但現(xiàn)有工裝大多是針對(duì)具體對(duì)象專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，若能在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮可重構(gòu)性和柔性，使之適應(yīng)不同尺寸和類(lèi)型的產(chǎn)品，并形成軟硬件相結(jié)合的移動(dòng)工裝，融合搬運(yùn)、支撐、定位、調(diào)姿多功能于一體，不但可大大提高生產(chǎn)效率，且可降低工裝的總體開(kāi)銷(xiāo)。

4 新工藝方法和裝備

為了獲得良好的噴涂質(zhì)量，需要事先進(jìn)行大量、反復(fù)的試驗(yàn)和調(diào)試，這一過(guò)程不但耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且過(guò)分依賴(lài)操作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此深入開(kāi)展機(jī)器人噴涂工藝方法研究，開(kāi)發(fā)集成化工藝過(guò)程優(yōu)化軟件，支撐噴涂工藝參數(shù)和軌跡優(yōu)化，對(duì)于保證噴涂作業(yè)質(zhì)量穩(wěn)定性、提高噴涂作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化程度具有非常重要的指導(dǎo)意義。在噴涂裝備上，現(xiàn)有噴涂裝置在涂料混合、多種涂料切換以及上料、清洗、保障、監(jiān)測(cè)等環(huán)節(jié)的自動(dòng)化和規(guī)范化程度上還有提高空間。此外，飛機(jī)上存在很多大曲率甚至曲率突變曲面，保障這些區(qū)域的涂覆均勻性和上漆率也依賴(lài)于工藝方法和裝備的進(jìn)步。

5 多功能末端執(zhí)行器

圖4 涂裝作業(yè)流程與機(jī)器人化探討Fig.4 Feasibility of complete robotic coating process

如圖4所示，從工藝流程上看，涂裝作業(yè)可以大致分為前處理、噴涂和后處理3個(gè)主要過(guò)程，包括打磨、清理、保護(hù)、噴涂、干燥、測(cè)厚、修補(bǔ)等主要環(huán)節(jié)，噴涂在整個(gè)涂裝過(guò)程中所占的工作量和耗時(shí)比例在10%左右，因此噴涂機(jī)器人研究不能局限于噴涂本身，將機(jī)器人技術(shù)拓展應(yīng)用到整個(gè)涂裝過(guò)程的其他環(huán)節(jié)，才能有效縮短整個(gè)涂裝環(huán)節(jié)的時(shí)間，提高作業(yè)效率。從現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展水平看，打磨、清理、測(cè)厚、修補(bǔ)等環(huán)節(jié)都可以探討機(jī)器人化的可能性。

為了支撐這些過(guò)程，開(kāi)發(fā)集成或能夠快速更換測(cè)頭、磨具、吸塵裝置、清洗裝置、測(cè)量裝置、相機(jī)等元器件的多功能末端執(zhí)行器有助于深化機(jī)器人在涂裝作業(yè)中的應(yīng)用。

結(jié)束語(yǔ)

盡管業(yè)內(nèi)都意識(shí)到了機(jī)器人整機(jī)噴涂的價(jià)值和意義，也都積極地進(jìn)行了各種嘗試和開(kāi)發(fā)，但由于系統(tǒng)集成度和復(fù)雜度比較高，設(shè)備投資比較大，造成系統(tǒng)技術(shù)門(mén)檻比較高，屬于高端制造裝備，有需求并掌握該項(xiàng)技術(shù)的企業(yè)仍屬于極少數(shù)，技術(shù)發(fā)展成熟度也沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人的水平，沒(méi)有孕育出成熟的制造商和統(tǒng)一的行內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。但需求是最強(qiáng)勁的牽引力，我們有理由相信在我國(guó)航空制造業(yè)高度發(fā)展的時(shí)代背景下，整機(jī)噴涂技術(shù)和設(shè)備將會(huì)取得快速進(jìn)步，在世界航空制造領(lǐng)域擁有自己的一席之地，這也符合發(fā)展具有我國(guó)特色的高端機(jī)器人技術(shù)和裝備的大路線(xiàn)。

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