關于機器人系統(tǒng)在汽車涂裝領域的應用

梁慶坡

摘 要：噴涂機器人在汽車涂裝中采用硬件設備為基礎，軟件系統(tǒng)集成，達到按控制數(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雜性都會對噴涂機器人系統(tǒng)的全面、高效、穩(wěn)定功能提出較高的要求。

關鍵詞：機器人；噴涂系統(tǒng)；涂裝車間；涂裝生產(chǎn)線

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.043

隨著我國工業(yè)化和自動化的不斷發(fā)展，機器人以其高效率、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)自動化程度不斷提高，使用機器人進行汽車噴涂不僅節(jié)省了很多人力資源，也實現(xiàn)了品質(zhì)的提升。

1 噴涂機器人在汽車領域的現(xiàn)狀

1.1 噴涂機器人系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前，我國的各大汽車企業(yè)使用的噴涂機器人基本集中在5家機器人廠商，瑞士ABB、日本安川電機、日本發(fā)那科、日本川崎機器人和德國庫卡機器人占據(jù)我國70%以上的市場份額，幾乎壟斷了機器人的制造和售后服務，且基本都實現(xiàn)了本土化生產(chǎn)。在國外企業(yè)持續(xù)對中國市場發(fā)力的同時，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)務范圍內(nèi)。從使用者的角度看，對于國外大企業(yè)生產(chǎn)的機器人設備，即使出現(xiàn)問題，也認為是使用者使用不當造成的；而國內(nèi)的機器人設備出現(xiàn)問題就會被認為是質(zhì)量較差，進而導致國內(nèi)廠商在拓展業(yè)務時候失去了很多機會。

1.2 噴涂機器人系統(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)很難適應這些高要求了。機器人內(nèi)表面的自動噴涂系統(tǒng)的高效性、穩(wěn)定性、靈活性正好解決了這一問題。采用機器人噴涂的五大優(yōu)點為：①良好的噴涂效率能使車體的上漆率達到85%以上，減少了不必要的浪費；②很大程度上減少了工作環(huán)境對人體的傷害和對環(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，易調(diào)整；⑤機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 噴涂機器人在汽車領域的應用

2.1 噴涂機器人的模式和應用范圍

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

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

2.2 噴涂機器人的使用場所和環(huán)境

汽車廠涂裝室內(nèi)的噴涂環(huán)境比較惡劣，在設計涂裝室時需要考慮機器人所需的環(huán)境控制問題，滿足以下環(huán)境要求：①設備運轉(zhuǎn)時的周圍溫度保持在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；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 噴涂機器人系統(tǒng)的組成及功能介紹

噴涂機器人實際上是一種通過程序發(fā)出指令，控制柜啟動關閉相應閥門實現(xiàn)噴涂的機械手臂。一般的機器人系統(tǒng)包括以下4個部分：①機械機構(gòu)部分。②控制系統(tǒng)部分。主要控制驅(qū)動系統(tǒng)的動作時間，包括示教再現(xiàn)、信息存儲和I/O模塊。③驅(qū)動系統(tǒng)部分。液壓的、啟動的、電氣的驅(qū)動系統(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器人的分布位置，通過合理的定位固定基礎底座，這是機器人物理位置的原點。機器人本體是類似手臂通過6或7個連接軸實現(xiàn)軌跡移動的，每一段連續(xù)運動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)是整個噴涂機器人系統(tǒng)的“大腦”，它通過各種控制實現(xiàn)整個環(huán)境的運行邏輯，每一步的動作都是設計的主體，相關聯(lián)的各個條件都有非常強的邏輯關系。當PLC發(fā)出指令后，它會調(diào)用管理模塊中的各種數(shù)據(jù)，在已經(jīng)寫定的機器人動作前，數(shù)據(jù)會傳送給機器人，實現(xiàn)我們所需要的數(shù)值。通信系統(tǒng)實現(xiàn)了每一個模塊與“大腦”的數(shù)據(jù)交換和反饋。如果出現(xiàn)危險或不完善的動作，通信系統(tǒng)就會反饋給“大腦”，發(fā)出報警提示。

涂料管路系統(tǒng)就像我們?nèi)梭w的血管，貫穿在機器人的身體內(nèi)部，它是涂料運輸?shù)妮d體。通過涂料系統(tǒng)能實現(xiàn)涂料的流通?？諝夤苈废到y(tǒng)不僅能將涂料從涂料儲存罐內(nèi)打壓到管路中，還能實現(xiàn)機器人在動作時候各種閥門的關閉動作，這樣可在涂料時開啟閥門，不需要涂料時關閉閥門，從而自由支配所需涂料的時間。旋杯系統(tǒng)是實現(xiàn)汽車噴涂品質(zhì)的關鍵，其有很多孔，壓縮空氣通過這些孔形成我們所需要的形狀，從而控制油漆從機器人噴出的范圍，再通過量的控制實現(xiàn)品質(zhì)要求的膜厚。這個裝置很關鍵，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，則會影響車體外觀，且造成較大的資源浪費。

4 機器人自動噴涂生產(chǎn)線

為了滿足汽車噴涂的工藝要求，通常會分出多個噴涂區(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)畫面進行了解，具體如圖1所示。

涂膠車體識別區(qū)域可區(qū)分不同型號和規(guī)格的車體，并將信號傳送給機器人；車體計數(shù)系統(tǒng)可通過編碼器計算出車體移動的位置，并將信號傳送給機器人；機器人啟動系統(tǒng)可通過編碼器計算出機器人啟動的位置，并將信號傳送給機器人；機器人噴涂區(qū)域的機器人可噴涂車體。

5 結(jié)束語

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

參考文獻

[1]唐德威.涂裝技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，1998.

[2]王強.機器人自動噴涂系統(tǒng)系統(tǒng)研究報告[M].北京：機械工業(yè)部，1990.

〔編輯：張思楠〕